蒸汽過熱爐改造技術(shù)及效果分析

潘焰鋒

（湖南省冶金規(guī)劃設(shè)計院有限公司，湖南長沙 410007）

引言

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。

1 蒸汽過熱爐概況

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。

2 投產(chǎn)后存在的問題

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。

3 改造方案

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

3.1 改進蒸發(fā)爐膛煙氣出口方式

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。

3.2 取消爐膛出口膨脹節(jié)

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。

3.3 完善爐膛與煙道的連接形式

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。

4 改造效果

4.1 過熱爐改造前后的運行參數(shù)分析

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。

4.2 改造后經(jīng)濟效益分析

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。

5 結(jié)語

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。