超高壓鍋爐提升過(guò)熱蒸汽溫度實(shí)踐

李如飛，周燕弟，王 圣

(馬鋼股份公司能源環(huán)保部 安徽馬鞍山 243000)

隨著國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格，要求鍋爐煙氣排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，各相關(guān)單位都開(kāi)展了鍋爐煙氣脫硝工作，在脫硝過(guò)程中，低氮燃燒器的使用成為了鍋爐脫硝工作中的一個(gè)重要組成部分，低氮燃燒器在有效地降低了鍋爐煙氣NOX含量的過(guò)程中，也帶來(lái)了一些不利的因素，鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度下降成為了一個(gè)棘手的問(wèn)題，正常的燃燒調(diào)整手段都很難從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，只能采取降低鍋爐蒸汽溫度這個(gè)重要的參數(shù)來(lái)運(yùn)行，對(duì)于整個(gè)鍋爐效率和后續(xù)的生產(chǎn)工藝都產(chǎn)生了不利的影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成事故，如何解決這個(gè)問(wèn)題就成為緊迫的任務(wù)。

1 目前的現(xiàn)狀

某大型鋼鐵企業(yè)的480 t/h超高壓煤粉鍋爐，可以采用全煤燃燒，也可以摻燒煤氣，爐膛水冷壁四角從上而下分別布置了四層煤粉燃燒器和兩層煤氣燃燒器。根據(jù)煤氣量的供應(yīng)情況，運(yùn)行人員進(jìn)行相應(yīng)的切換調(diào)整。該鍋爐實(shí)行了低氮燃燒器改造后，出現(xiàn)了問(wèn)題，就是在不投過(guò)熱器減溫水的情況下，接近滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，過(guò)熱蒸汽溫度仍然偏低，達(dá)不到530 ℃，低負(fù)荷的時(shí)候過(guò)熱蒸汽溫度低于520 ℃，嘗試了多種運(yùn)行調(diào)整方法都沒(méi)有明顯效果。而鍋爐設(shè)計(jì)是過(guò)熱汽溫要在530 ℃-540 ℃之間運(yùn)行，長(zhǎng)期的低汽溫運(yùn)行，既不經(jīng)濟(jì)，也存在著安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 解決方案及實(shí)施

2.1 解決問(wèn)題的思路

為了解決目前存在的問(wèn)題，我們認(rèn)真分析了產(chǎn)生問(wèn)題的原因，因?yàn)榈偷紵鞯奶攸c(diǎn)，鍋爐爐膛內(nèi)部的燃燒氛圍和整個(gè)鍋爐煙氣流場(chǎng)都發(fā)生了很大的變化，過(guò)熱器主要布置在鍋爐水平煙道位置，即使在過(guò)熱蒸汽減溫水全部停用的情況下，過(guò)熱蒸汽溫度仍然達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)燃燒調(diào)整也無(wú)效，被迫在不達(dá)標(biāo)的過(guò)熱蒸汽參數(shù)下運(yùn)行，鍋爐效率受到了影響，同時(shí)影響到后續(xù)汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率。超高壓鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果采用增加過(guò)熱器的吸熱面積來(lái)提高過(guò)熱蒸汽溫度，不僅難以設(shè)計(jì)，施工量也是非常浩大，只有在鍋爐大修時(shí)才能勉強(qiáng)實(shí)施，顯然不是最佳方法。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用了在鍋爐水冷壁受熱面增加衛(wèi)燃帶的的方法來(lái)提高過(guò)熱蒸汽溫度。

在鍋爐水冷壁增加衛(wèi)燃帶，可以減少爐膛水冷壁的吸熱量，提高鍋爐爐膛出口煙氣溫度，進(jìn)而增加位于水平煙道處過(guò)熱器的吸熱量，達(dá)到提升過(guò)熱蒸汽溫度的效果。具體施工量小，利用鍋爐的臨檢時(shí)間段就可以完成改造工作。

2.2 衛(wèi)燃帶面積的確定

衛(wèi)燃帶敷設(shè)，如果影響到鍋爐的熱效率，那就是不成功的技術(shù)改造，在保證鍋爐效率不受影響的情況下，可以采用能量守恒的思路來(lái)設(shè)計(jì)衛(wèi)燃帶的面積，就是過(guò)熱蒸汽減溫水所帶走的熱量等于衛(wèi)燃帶敷設(shè)減少鍋爐水冷壁吸收的熱量，具體計(jì)算公式為：

1000*Qjws(Igr-Ijws)=4.1868*Qfs*Swrd

其中：Qjws—過(guò)熱蒸汽減溫水的增加量，t/h，按5t/h的增加量來(lái)設(shè)計(jì)

Igr—過(guò)熱蒸汽焓，kJ/kg

Ijws—減溫水焓，kJ/kg

Qfs—爐膛水冷壁的輻射熱功率，kcal/(h·m2)，取 2.5×103

Swrd—衛(wèi)燃帶敷設(shè)的面積，m2

根據(jù)該計(jì)算公式對(duì)衛(wèi)燃帶敷設(shè)的面積進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示：

表1

考慮到衛(wèi)燃帶不僅會(huì)影響輻射換熱，也影響爐膛內(nèi)部的對(duì)流換熱的因素，可能會(huì)引起過(guò)熱蒸汽減溫水量額外增加，我們?nèi)⌒l(wèi)燃帶敷設(shè)的面積為 12 m2，比計(jì)算的結(jié)果略小。

2.3 衛(wèi)燃帶敷設(shè)位置的選擇及施工

衛(wèi)燃帶敷設(shè)選擇位置應(yīng)該遵循如下的規(guī)則：1、有利于鍋爐的穩(wěn)定燃燒的同時(shí)不造成水冷壁的結(jié)焦。2、在四面水冷壁均勻布置，保證爐內(nèi)氣流平衡和換熱均勻。3、避免在爐膛斷面熱強(qiáng)度最大的地方敷設(shè)等。綜合考慮后，我們將衛(wèi)燃帶均分在四面水冷壁墻面上。每面墻敷設(shè)3 m2，每塊衛(wèi)燃帶選1 m2，這樣每面墻分3塊布置，每塊衛(wèi)燃帶燃帶的中心高度為底部?jī)蓪用簹馊紵髦行母叨日虚g，這樣避開(kāi)了爐膛斷面熱強(qiáng)度最大的煤粉著火區(qū)域，不容易造成水冷壁的結(jié)焦。具體布置如圖1：

具體施工：使用?5 mm的圓鋼，加工成35 mm長(zhǎng)，按照?qǐng)D1中的位置，間距45 mm進(jìn)行電焊，焊接完成后，在圓鋼上敷設(shè)一次鐵絲網(wǎng)，再敷設(shè)耐火材料。敷設(shè)厚度為外表面至水冷壁管中心線70 mm，平均厚度為50 mm，夯實(shí)抹平，自然干燥24小時(shí)即可。

圖1 衛(wèi)燃帶在爐膛布置圖

3 應(yīng)用效果

這臺(tái)超高壓鍋爐運(yùn)行一般分為兩種情況：全煤燃燒工況、摻燒煤氣工況，全煤燃燒工況時(shí)，過(guò)熱蒸汽溫度低的現(xiàn)象更加明顯，表2是改造前后的全煤燃燒工況的運(yùn)行參數(shù)對(duì)比：

表2 全煤燃燒工況

從改造前后的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)衛(wèi)燃帶的敷設(shè)，在全煤工況下過(guò)熱器減溫水量明顯上升，有了調(diào)節(jié)裕量，同時(shí)鍋爐排煙溫度并沒(méi)有上升，鍋爐效率得到了保證，證明改造是成功的。鍋爐摻燒煤氣工況，一般會(huì)提高過(guò)熱蒸汽溫度，增加過(guò)熱器減溫水量，所以可以保證該鍋爐在各種情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)熱蒸汽溫度達(dá)標(biāo)。