75t/h煤氣鍋爐技術改造方案探討

聶玉林

（湖北特種設備檢驗檢測研究院 武漢 430077）

1 鍋爐概況與主要問題

某鋼鐵公司熱力廠3 臺中溫中壓鍋爐，與煉焦爐和高爐配套。型號為WGZ75/3.82-15，采用四角切圓燃燒方式，該爐設計燃料為高爐煤氣與焦爐煤氣混合氣，摻燒比例為85%：15%，設計給水溫度為170℃，熱風溫度為318℃，排煙溫度為184℃，配兩級高加。

但隨著公司產能的調整與生產的發展，高爐煤氣產量有很大富裕，鍋爐實際上是以燒高爐煤氣為主，焦爐煤氣摻燒比例很小，使鍋爐難以維持正常運行，一般只能帶65t/h 負荷，如果帶滿負荷運行，即使面式減溫器進出水管控制閥全開，過熱器仍嚴重超溫，超溫幅度達10℃左右，該爐給水溫度通常為130℃左右，熱風溫度約260℃～270℃。

過熱器系統采用混流布置，采用螺旋管式面式減溫器調溫，低溫過熱器采用φ38×3.5mm 管子，材質20g，高溫過熱器采用φ42×3.5mm 管子，材質為12Cr1MoV。該爐主要技術數據與運行參數見表1。

表1 2#爐設計數據與運行參數

（續表）

2 過熱器超溫問題分析

由于用戶提供的技術資料和運行數據不全，未能進行相關的熱力計算。根據鍋爐運行狀況、運行記錄和概算做出的分析如下：

1）燃料氣中高爐煤氣比例太大是過熱器超溫的主要原因。原設計是高爐煤氣與焦爐煤氣混燒，摻配比例按發熱量計算為85:15。由于高爐煤氣富裕，用戶要求盡量多燒，以提高企業效益，使高爐煤氣實際摻燒比例達到97.56%，高爐煤氣與焦爐煤氣所含成分相差甚遠，其成分應用基分析數據見表2。

表2 煤氣應用基分析數據(%)

由表2 可見，焦爐煤氣主要成分是H2，CH4和其它碳氫化合物，可燃質總量約占96%，因此發熱值高。而高爐煤氣中主要可燃氣體CO 在煤氣中所占比例僅23.2%，70%以上是CO2和N2等不可燃廢氣，其發熱值不及焦爐煤氣的1/5，因此少燒1 體積的焦爐煤氣就必須多燒5 倍以上的高爐煤氣，在相同負荷下使煙氣量大大增加，并相應提高對流受熱面的煙速和對流換熱量，導致過熱器超溫。

2）給水溫度低，也是導致過熱器超溫的原因。原給水系統配兩級高加，給水溫度為170℃，實際上僅投一級甚至兩級均未投，通常給水溫度為130℃左右，最低時僅有100℃～110℃，降低給水溫度將增加給水的欠熱，要穩定負荷就必須多燒燃料，進而增加煙氣量，造成過熱器超溫，因此該爐通常都不能滿負荷運行，只能降低負荷以減輕過熱器超溫的傾向。

3）熱風260℃～270℃，較設計值（318℃）低50℃～60℃，熱風溫度偏低會使著火延遲，爐膛出口溫度升高，增加過熱器超溫的傾向。造成熱風溫度偏低的原因，一是由于給水溫度低，降低了空氣預熱器區間的煙溫。二是煙氣中水蒸汽含量高，煙氣中含有一定量的SO3，降低了煙氣的露點，導致空氣預熱器低溫段發生嚴重的凝結腐蝕和泄漏現象。

4）原減溫器減溫能力不足。該爐過熱器采用混流式，高溫過熱器布置在爐膛出口高煙溫區并采用順流布置，同時在兩級過熱器中間布置螺旋管式面式減溫器，進行汽溫調節。據查減溫器換熱面積為9.8m2，進口冷卻水溫度為170℃，設計最大減溫能力為167.2kJ/kg（≈40kcal/kg）按減溫器內過熱蒸汽壓力4.02MPa(41kgf/cm2)，過熱蒸汽溫度400℃計算過熱蒸汽比熱為0.23826kJ/kg，相當溫降為70℃，根據參考文獻[1]前蘇聯《鍋爐機組熱力計算標準》規定減溫器工作時，需保證最大熱降可達209kJ/kg ～250.8kJ/kg 相當溫降為88℃～106℃，原設計值偏小，在高爐煤氣與焦爐煤氣摻燒比例改變以后，減溫器減溫能力不滿足調溫要求。降低冷卻水溫度（即給水溫度）將增加減溫器減溫能力，按給水溫度為100℃～110℃計算，減溫幅度大約可達90℃～100℃。

3 過熱器超溫對策

根據以上情況分析，解決WGZ75/3.82-15 型鍋爐過熱器超溫問題，可采用如下對策：

1）增加焦爐煤氣的摻燒比例同時提高熱風溫度和給水溫度，即恢復設計工況。這是最簡單可靠的辦法，但用戶在目前狀況下難以實施，首先增加焦爐煤氣配比違背了節能環保和經濟利用的企業方針。使大量高爐煤氣得不到有效利用，其次在目前的摻燒工況下，提高給水溫度將降低減溫器減溫能力，無法保證過熱器運行的安全。由于用戶可能存在工藝系統和設備上的問題，兩級高加一直難以同時投用，因此用戶要求進行減溫器改造時仍按給水溫度104℃和170℃兩種工況進行校核。

2）減少過熱器受熱面積。通過核算，將過熱器割去一部分受熱面，也是解決過熱器超溫問題的有效方法，采用此法不需添加設備，施工也不受周圍設施的影響，但用戶擔心在起動和低負荷工況下過熱器汽溫偏低，同時擔心切割焊口太多，施工條件惡劣，焊接質量不能保證，可能為今后運行留下安全隱患。

3）增加輻射受熱面。增加輻射受熱面可以提高蒸發量，降低爐膛出口煙溫，因而可以降低過熱器超溫的危險。從爐膛結構看，有可能適當增加部分輻射受熱面，因此也可以認為是一個行之有效的方法，但增加幅射受熱面需對爐膛進行技術改造，工程量大，投資多，工期長，用戶通常難以接受。

4）增加減溫器減溫能力。增加減溫器減溫能力，直接將過熱蒸汽溫度降下來。增加減溫器減溫能力，主要是增加減溫器的換熱面積。減溫器長度受爐膛寬度限制，因而需選擇更大直徑的筒體來布置更多的受熱面。因為減溫器制造在制造廠進行，質量有保證。全部制造工作完成后，可在大修期間，與原減溫器進行切換，因而施工快、周期短。

采用何種方案進行技術改造，不僅要考慮能解決鍋爐運行中暴露的主要問題，還要考慮設備的現狀與施工條件，考慮用戶在投資、工期、質量和安全等方面的控制目標。

綜合各方面的因素，可以選擇對減溫器進行技術改造，預計可以在20 天左右的檢修周期內完成改造工作，并可實現各方面的控制目標。

4 減溫器改造方案

仍采用面式減溫器型式，同時為了減少安裝工作量，縮短施工周期，提高鍋爐運行的安全可靠性，方案應滿足下列技術要求：

1）減溫器采用溫差應力較小的盤旋管式結構。

2）外部接口尺寸與現有設備一致。

3）進行減溫系統水阻力計算，根據給水母管壓頭條件，考慮最大減溫能力。

4）按給水溫度為104℃和170℃兩種工況進行減溫能力核算。

筆者根據上述要求所作的減溫器改造方案及技術數據參見表3。減溫器筒體采用φ426×26mm，20G鍋爐管，主要接口位置和接管規格尺寸與原設備保持一致。螺旋管采用φ18×3mm，共布置螺旋管68 組，總換熱面積比原設備增加21.2%，總換熱量大約可增加20%，由于螺旋管流通截口擴大，減溫器總阻力損失也不會因受熱面積增加而有明顯變化。

表3 減溫器改造前后結構數據

5 結論與建議

長期運行實際表明，某鋼鐵公司熱力廠75t/h 煤氣鍋爐，由于燃料和設備條件發生了重大改變，出力不足，導致過熱器嚴重超溫的問題，很難通過運行調整手段加以解決，而必須進行適當的技術改造。綜合考慮設備狀況以及用戶在生產、安全、質量、資金、維修周期等方面的約束性條件，筆者提出改造減溫器，提高減溫器減溫能力的方案是可兼顧各方，切實可行的。根據初步結構計算和水阻力估算，可增加20%以上受熱面，從而解決過熱器超溫的問題，而水阻力不會有大的增加，用戶基本同意。上述分析和建議，并在以后通過更換減溫器完成了鍋爐的技術改造，徹底解決了過熱器超溫問題，恢復了鍋爐的正常運行。

[1] 古爾維奇，庫茲涅佐夫.鍋爐機組熱力計算標準[M].馬毓義.北京：機械工業出版社，1985.

[2] 燃油燃氣鍋爐設計手冊[M].北京：機械工業出版社， 1999.

[3] 易海清. 35t/h煤粉鍋爐綜合技術改造[J].中氮肥，2003，（02）：45-47.

[4] 李朗曾，戚光澤，汪福頤，等. 1000 噸/時直流鍋爐水動力特性和膜態沸騰[J].鍋爐技術，1980，Z1：55.

[5] 張文勝，管海英，宋坤. SZS20-1.6/350-Y(Q)鍋爐過熱器和減溫器的設計[J].工業鍋爐，2002，（01）：21-23.