干熄焦余热锅炉低负荷运行研究

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【摘要】本文主要探讨干熄焦余热锅炉处于两种相差较大的负荷运行时，采取何种改进方法，以避免锅炉低负荷运行的爆管风险，同时研究解决锅炉过热器管的腐蚀现象。

【关键词】钢铁工业;锅炉运行;锅炉改造

干熄焦锅炉是一种特殊的余热锅炉，系单锅筒、强制循环+自然循环水管锅炉，炉膛为膜式水冷壁结构，其工作原理是利用吸收了红焦显热的高温循环气体与除盐除氧纯水热交换，产生额定参数（温度和压力）和品质的蒸汽，并输送给热用户的一种受压、受热的设备[1]。它的组成结构主要是由“锅”“炉”和附件仪表及附属设备构成。“锅”即锅炉本体部分，包括锅筒、过热器、蒸发器、省煤器、水冷壁、下降管、上升管和集箱等部件；“炉”由炉墙和钢架等部分组成[2]。我厂的干熄焦锅炉设计参数为：最大蒸发量70t/h，额定蒸汽压力4.52MPa，额定蒸汽温度470℃。

1存在问题

1.1管道泄漏。我厂干熄焦从2009年1月份投产至今，使用已超十年，锅炉该余热锅炉曾出现过管道泄漏。锅炉发生管道泄漏，不仅锅炉停炉检修会对生产效益产生影响，漏出的水汽也会对干熄炉耐材及除尘系统造成损伤，另外可燃成分超标更会造成循环系统存在爆炸的安全隐患。因此，需分析原因并消除隐患。1.2锅炉改造。我厂锅炉现接入公司中温中压蒸汽管网运行，实际运行参数为蒸汽压力4.0MPa，蒸汽温度470℃，流量60t/h。计划于下半年停炉检修，检修启炉后，2~3个月的时间内仍按原负荷运行，之后将只有单座焦炉运行，每小时熄焦量降为原设计值的一半，锅炉的蒸发量降为约30t/h。在这种低负荷状况下运行，极易导致过热器爆管。因此，此次停炉检修时，需对过热器管进行改造，以达到既满足额定蒸发量60t/h负荷，又满足蒸发量减半30t/h负荷，保证锅炉运行的安全稳定。

2原因分析

2.1现场检查。经现场检查发现，过热器外表面存在不同程度的腐蚀。而切割下的管段外表面附着可脱落的腐蚀产物，管内壁表面无明显氧化皮。剥除腐蚀产物后的管段，外表面已被腐蚀得失去了原有的圆弧状，壁厚已明显减薄，剥蚀部位厚度≤2mm。2.2壁厚及管径测量。经测量，管段剥蚀直径为35.5mm，低于标称值的38mm。剥蚀部位厚度1.1mm，低于标称值的4m。2.3能谱分析。从图1和表1中可看出，腐蚀产物中主要有铁、碳、硫和氧四中元素，其中硫元素的原子百分数高达到12.91。2.4能谱分析结果可确定过热器管壁表面发生的腐蚀为高温腐蚀，主要为高温硫腐蚀和高温氧化。高温硫腐蚀一般在450℃开始，到480℃达到最高点，对炉管的破坏作用较严重，过热器的温度正好处于此区间。高温氧化是高温烟气中的O2与Fe直接反应，形成内层Fe3O4和外层Fe2O3的氧化膜层，虽然这种膜层具有一定的抗氧化能力，但由于高温下叠加的硫腐蚀相互作用，无法形成连续、致密的氧化膜层，使腐蚀情况更加严重。在锅炉烟气气流的吹动下，管壁形成的腐蚀物易剥离脱落，这样腐蚀物反复生成、反复剥离，严重破坏管壁，当壁厚减薄至强度无法满足管内介质压力时即发生腐蚀穿孔或爆管。[3]

3改进措施

3.1针对过热器炉管的腐蚀原因。在此次停炉检修时，对二次过热器炉管进行了全部更换，重新选择了耐蚀性能较好的管材321H，是一种具有高强度、高抗氧化性、高抗晶界腐蚀性的奥氏体不锈钢，可以延长过热器炉管的使用寿命，减少高温氧化和高温硫腐蚀对炉管的危害。同时，要求在每次停炉检查时，跟踪管壁腐蚀情况，定期测厚，发现异常及时换管，发现管壁表面有沉积的腐蚀产物时要及时清除。3.2热力计算。现锅炉过热器管管径为φ38×4，热力计算表见表2（软件核算）。铁球团配加不同膨胀容膨润土试验研究蒸汽流速计算公式（例）：ωq=(D-Djw)υpj/(3600×Alt)（式1）其中：υpj-蒸汽平均比体积；Alt-蒸汽流通面积；D-锅炉实际负荷；Djw-减温水量。此时，锅炉过热器的蒸发面积及管径满足锅炉额定蒸发量60t/h的运行要求。但当锅炉蒸发量降为30t/h左右时，负荷约为50%，若仍采用φ38×4的管径，蒸汽流通面积不变，从式1可得出，蒸汽流速将下降，传热将降低，难以保证管壁的冷却效果，同时会使蒸汽侧放热系数降低，导致管壁温度升高，极易发生管壁局部过热造成爆管。故针对此情况，通过重新校核计算（见表3、表4），过热器选择φ34X4.5管径的管进行替换，一是保证过热器管内蒸汽流速不会太低，保证良好的换热效果，二是加强过热器管的强度，增加其使用寿命，以满足锅炉低负荷状态下的运行要求，避免发生爆管，保证锅炉稳顺运行。

4使用效果

目前，锅炉二次过热器管已更换为管径φ34X4.5、管材321H，检修完成后至今运行正常，满足要求。后续停炉检查时，管壁无明显沉积的腐蚀产物，使用状况较好。

5结语

通过此次锅炉低负荷运行时的研究，主要对锅炉过热器管腐蚀原因和换热原理的分析，针对性地进行了锅炉炉管材质和锅炉过热器受热面的重新校核，可较圆满地解决此次干熄焦锅炉遇到的运行难题，保证生产连续，避免因发生频繁的爆管而造成停炉检修，创造了良好的经济效益。

参考文献

[1]叶江明.电厂锅炉原理及设备[N].北京：中国电力出版社，2004.

[2]李加护.锅炉课程设计指导书[M].北京：中国电力出版社，20

[3]刘家炜.三钢南区锅炉管道腐蚀、烧嘴堵塞原因分析及对策[J].福建冶金，2018(1):56-59.

作者:张庆庆 单位:福建三钢闽光股份有限公司焦化厂