潘焰鋒
(湖南省冶金規(guī)劃設(shè)計院有限公司,湖南長沙 410007)
陽春新鋼鐵投資運營了一座6 MW汽輪機組飽和蒸汽發(fā)電站,包括一臺蒸汽過熱爐,主要回收轉(zhuǎn)爐汽化煙道產(chǎn)生的蒸汽,避免蒸汽浪費。蒸汽過熱爐為非標(biāo)設(shè)計,其結(jié)構(gòu)構(gòu)造、設(shè)計的工藝都為初次應(yīng)用,運行使用都靠現(xiàn)場摸索與細(xì)節(jié)上的優(yōu)化改進,經(jīng)鍋爐制造廠與設(shè)計、用戶單位的共同探討研究,對蒸汽過熱爐進行了針對性的局部改造后,現(xiàn)蒸汽過熱爐運行良好,停爐檢修時間大大縮減,發(fā)電站取得了良好效益。
本蒸汽過熱爐為雙鍋筒縱置式半露天布置,主要用來加熱從煉鋼轉(zhuǎn)爐煙罩送過來的蒸汽,將其過熱到430 ℃。鍋爐采用雙爐膛臥式布置,一側(cè)為絕熱設(shè)計的過熱爐膛,另一側(cè)為水冷壁蒸發(fā)爐膛用來產(chǎn)汽,兩個爐膛煙氣在蒸汽過熱器前匯合,兩級過熱器布置在爐膛出口煙道內(nèi),兩級過熱器之后布置一套空氣預(yù)熱器,一方面用來預(yù)熱助燃空氣,另一方面降低排煙溫度提高鍋爐熱效率,工藝流程示意圖見圖1。
在轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)時,轉(zhuǎn)爐汽化煙道可間斷地送來額定蒸汽量為30 t/h的蒸汽,當(dāng)轉(zhuǎn)爐停爐檢修或有異常情況時,即在外來蒸汽不足或無外來蒸汽時,蒸汽過熱爐可自產(chǎn)9 t/h過熱蒸汽以給汽輪機連續(xù)供汽,保證汽輪機低負(fù)荷運轉(zhuǎn),避免轉(zhuǎn)爐汽化煙道無蒸汽產(chǎn)生時汽輪發(fā)電機頻繁啟停。蒸汽過熱爐的主要工作參數(shù)如表1所示。
表1 蒸汽過熱爐主要工作參數(shù)
圖1 過熱爐工藝流程(煙風(fēng)系統(tǒng)和汽水系統(tǒng))示意圖
蒸汽過熱爐所用燃料為陽春新鋼鐵的富余高爐煤氣,燃料低位熱值3 444 kJ/m3。
蒸汽過熱爐自2015年投產(chǎn)以來,在摸索使用過程中出現(xiàn)了一些需停爐處理的問題,如爐膛出口煙道膨脹節(jié)澆注料掉落、膨脹節(jié)燒損穿孔漏火、煙道混凝土澆注料垮塌、煙道燒穿等(如圖2和圖3)。
圖2 膨脹節(jié)燒損
圖3 煙道燒穿
經(jīng)統(tǒng)計,因蒸汽過熱爐需維護檢修停機停爐的時間有:2015年17天,2016年16天,2017年14天,2018年12天。按日發(fā)電量14萬kWh計,因蒸汽過熱爐停爐檢修損失的發(fā)電量就有200多萬kWh。
不僅如此,由于蒸發(fā)爐膛煙氣直接和煙道連通,過熱爐膛的煙氣混合不均勻,導(dǎo)致過熱器煙道中靠近過熱爐膛一側(cè)煙溫約900 ℃,而靠近蒸發(fā)爐膛一側(cè)的煙溫只有700 ℃,出現(xiàn)了過熱器煙道兩側(cè)煙溫極不均勻的現(xiàn)象,直接導(dǎo)致了過熱器受熱不均,產(chǎn)生不平衡的應(yīng)力,使過熱器壽命大大縮短。
通過幾年的運行摸索,總結(jié)經(jīng)驗,對蒸汽過熱爐進行了技術(shù)改造,改造前后示意圖如圖4所示。
圖4 蒸汽過熱爐改造前后示意圖
蒸汽過熱爐蒸發(fā)爐膛出口煙溫500 ℃左右,而過熱爐膛是絕熱設(shè)計,其出口的煙溫1 000 ℃左右。改造前的蒸發(fā)爐膛煙氣從蒸發(fā)爐膛出來后直接抽到過熱器的煙道中,這樣導(dǎo)致過熱爐膛的煙氣只與靠近蒸發(fā)爐膛出口的部分煙氣混合,混合后,過熱器煙道中靠近過熱爐膛側(cè)的煙氣溫度達900 ℃以上,而靠近蒸發(fā)爐膛側(cè)的煙氣溫度只有700 ℃。為了使煙氣混合均勻,增加一套環(huán)形煙道,見圖4,使一部分蒸發(fā)煙氣從蒸發(fā)爐膛側(cè)出來和過熱煙氣混合,另一部分煙氣從對側(cè)出來和過熱爐膛煙氣混合,通過調(diào)節(jié)環(huán)形煙道兩側(cè)煙氣出口的大小使兩側(cè)煙氣混合均勻。
在改造前,為了應(yīng)對爐膛與過熱器煙道的膨脹量,在爐膛出口設(shè)置了一個環(huán)形的膨脹節(jié),膨脹節(jié)的內(nèi)部保溫是用耐火混凝土澆筑而成,在運行中發(fā)現(xiàn)膨脹節(jié)位置的耐火混凝土經(jīng)常掉落,從而導(dǎo)致膨脹節(jié)變形甚至燒損,考慮到這是由于膨脹節(jié)的膨脹量與耐火混凝土的膨脹量相差較大引起的,決定取消膨脹節(jié),避免其在運行中燒損引起停爐。
改造前爐膛出口與煙道為焊縫硬連接,耐火混凝土直接敷在連接的鋼板上,運行中耐火混凝土經(jīng)常與鋼板脫開而掉落,掉落后還引起煙道燒穿。為解決這問題,將連接形式改為“7”字型的交錯軟連接,輔以耐火纖維氈填充。這樣既保證了蒸汽過熱爐的縱向自由膨脹,又使?fàn)t膛和煙道連接處在高溫、負(fù)壓的環(huán)境下可靠密封,避免了煙道頂上的耐火澆注料掉落引起鍋爐煙道燒穿現(xiàn)象,引起停爐。
改造前過熱器煙道兩側(cè)煙溫相差200 ℃以上,過熱器受熱不均,汽輪機滿負(fù)荷時過熱蒸汽的溫度只能勉強達到420 ℃;改造后過熱器煙道兩側(cè)煙溫850 ℃左右,兩側(cè)溫度相差不多,過熱器受熱均勻,汽輪機滿負(fù)荷時過熱蒸汽的溫度能達到430 ℃且有余量。
改造前因蒸汽過熱爐自身原因停爐檢修的時間為每年15天左右,而經(jīng)過改造之后,過熱爐無需特意停爐檢修,只需在發(fā)電站其他主機計劃檢修時簡單維護即可,發(fā)電站全年的檢修時間大大縮短,汽輪發(fā)電機也未出現(xiàn)因進汽溫度得不到保證而降負(fù)荷運行的現(xiàn)象。如日發(fā)電量按14萬kWh計算,則一年可多發(fā)電210萬kWh,如電價0.5元/kWh,則一年直接經(jīng)濟效益105萬元。
該發(fā)電站蒸汽過熱爐的改造在2018年12月份得以實施,經(jīng)增加環(huán)形煙道、取消膨脹節(jié)、更改爐膛和煙道的連接形式后,過熱蒸汽溫度滿足了工藝要求,全廠檢修時間大大縮短,汽輪發(fā)電機的作業(yè)率得到了提升,取得了明顯的經(jīng)濟效益。