干熄焦余熱鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行研究

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【摘要】本文主要探討干熄焦余熱鍋爐處于兩種相差較大的負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，采取何種改進(jìn)方法，以避免鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行的爆管風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)研究解決鍋爐過(guò)熱器管的腐蝕現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】鋼鐵工業(yè);鍋爐運(yùn)行;鍋爐改造

干熄焦鍋爐是一種特殊的余熱鍋爐，系單鍋筒、強(qiáng)制循環(huán)+自然循環(huán)水管鍋爐，爐膛為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，其工作原理是利用吸收了紅焦顯熱的高溫循環(huán)氣體與除鹽除氧純水熱交換，產(chǎn)生額定參數(shù)（溫度和壓力）和品質(zhì)的蒸汽，并輸送給熱用戶(hù)的一種受壓、受熱的設(shè)備[1]。它的組成結(jié)構(gòu)主要是由“鍋”“爐”和附件儀表及附屬設(shè)備構(gòu)成。“鍋”即鍋爐本體部分，包括鍋筒、過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器、水冷壁、下降管、上升管和集箱等部件；“爐”由爐墻和鋼架等部分組成[2]。我廠(chǎng)的干熄焦鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)為：最大蒸發(fā)量70t/h，額定蒸汽壓力4.52MPa，額定蒸汽溫度470℃。

1存在問(wèn)題

1.1管道泄漏。我廠(chǎng)干熄焦從2009年1月份投產(chǎn)至今，使用已超十年，鍋爐該余熱鍋爐曾出現(xiàn)過(guò)管道泄漏。鍋爐發(fā)生管道泄漏，不僅鍋爐停爐檢修會(huì)對(duì)生產(chǎn)效益產(chǎn)生影響，漏出的水汽也會(huì)對(duì)干熄爐耐材及除塵系統(tǒng)造成損傷，另外可燃成分超標(biāo)更會(huì)造成循環(huán)系統(tǒng)存在爆炸的安全隱患。因此，需分析原因并消除隱患。1.2鍋爐改造。我廠(chǎng)鍋爐現(xiàn)接入公司中溫中壓蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為蒸汽壓力4.0MPa，蒸汽溫度470℃，流量60t/h。計(jì)劃于下半年停爐檢修，檢修啟爐后，2~3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)仍按原負(fù)荷運(yùn)行，之后將只有單座焦?fàn)t運(yùn)行，每小時(shí)熄焦量降為原設(shè)計(jì)值的一半，鍋爐的蒸發(fā)量降為約30t/h。在這種低負(fù)荷狀況下運(yùn)行，極易導(dǎo)致過(guò)熱器爆管。因此，此次停爐檢修時(shí)，需對(duì)過(guò)熱器管進(jìn)行改造，以達(dá)到既滿(mǎn)足額定蒸發(fā)量60t/h負(fù)荷，又滿(mǎn)足蒸發(fā)量減半30t/h負(fù)荷，保證鍋爐運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

2原因分析

2.1現(xiàn)場(chǎng)檢查。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，過(guò)熱器外表面存在不同程度的腐蝕。而切割下的管段外表面附著可脫落的腐蝕產(chǎn)物，管內(nèi)壁表面無(wú)明顯氧化皮。剝除腐蝕產(chǎn)物后的管段，外表面已被腐蝕得失去了原有的圓弧狀，壁厚已明顯減薄，剝蝕部位厚度≤2mm。2.2壁厚及管徑測(cè)量。經(jīng)測(cè)量，管段剝蝕直徑為35.5mm，低于標(biāo)稱(chēng)值的38mm。剝蝕部位厚度1.1mm，低于標(biāo)稱(chēng)值的4m。2.3能譜分析。從圖1和表1中可看出，腐蝕產(chǎn)物中主要有鐵、碳、硫和氧四中元素，其中硫元素的原子百分?jǐn)?shù)高達(dá)到12.91。2.4能譜分析結(jié)果可確定過(guò)熱器管壁表面發(fā)生的腐蝕為高溫腐蝕，主要為高溫硫腐蝕和高溫氧化。高溫硫腐蝕一般在450℃開(kāi)始，到480℃達(dá)到最高點(diǎn)，對(duì)爐管的破壞作用較嚴(yán)重，過(guò)熱器的溫度正好處于此區(qū)間。高溫氧化是高溫?zé)煔庵械腛2與Fe直接反應(yīng)，形成內(nèi)層Fe3O4和外層Fe2O3的氧化膜層，雖然這種膜層具有一定的抗氧化能力，但由于高溫下疊加的硫腐蝕相互作用，無(wú)法形成連續(xù)、致密的氧化膜層，使腐蝕情況更加嚴(yán)重。在鍋爐煙氣氣流的吹動(dòng)下，管壁形成的腐蝕物易剝離脫落，這樣腐蝕物反復(fù)生成、反復(fù)剝離，嚴(yán)重破壞管壁，當(dāng)壁厚減薄至強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足管內(nèi)介質(zhì)壓力時(shí)即發(fā)生腐蝕穿孔或爆管。[3]

3改進(jìn)措施

3.1針對(duì)過(guò)熱器爐管的腐蝕原因。在此次停爐檢修時(shí)，對(duì)二次過(guò)熱器爐管進(jìn)行了全部更換，重新選擇了耐蝕性能較好的管材321H，是一種具有高強(qiáng)度、高抗氧化性、高抗晶界腐蝕性的奧氏體不銹鋼，可以延長(zhǎng)過(guò)熱器爐管的使用壽命，減少高溫氧化和高溫硫腐蝕對(duì)爐管的危害。同時(shí)，要求在每次停爐檢查時(shí)，跟蹤管壁腐蝕情況，定期測(cè)厚，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)換管，發(fā)現(xiàn)管壁表面有沉積的腐蝕產(chǎn)物時(shí)要及時(shí)清除。3.2熱力計(jì)算。現(xiàn)鍋爐過(guò)熱器管管徑為φ38×4，熱力計(jì)算表見(jiàn)表2（軟件核算）。鐵球團(tuán)配加不同膨脹容膨潤(rùn)土試驗(yàn)研究蒸汽流速計(jì)算公式（例）：ωq=(D-Djw)υpj/(3600×Alt)（式1）其中：υpj-蒸汽平均比體積；Alt-蒸汽流通面積；D-鍋爐實(shí)際負(fù)荷；Djw-減溫水量。此時(shí)，鍋爐過(guò)熱器的蒸發(fā)面積及管徑滿(mǎn)足鍋爐額定蒸發(fā)量60t/h的運(yùn)行要求。但當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量降為30t/h左右時(shí)，負(fù)荷約為50%，若仍采用φ38×4的管徑，蒸汽流通面積不變，從式1可得出，蒸汽流速將下降，傳熱將降低，難以保證管壁的冷卻效果，同時(shí)會(huì)使蒸汽側(cè)放熱系數(shù)降低，導(dǎo)致管壁溫度升高，極易發(fā)生管壁局部過(guò)熱造成爆管。故針對(duì)此情況，通過(guò)重新校核計(jì)算（見(jiàn)表3、表4），過(guò)熱器選擇φ34X4.5管徑的管進(jìn)行替換，一是保證過(guò)熱器管內(nèi)蒸汽流速不會(huì)太低，保證良好的換熱效果，二是加強(qiáng)過(guò)熱器管的強(qiáng)度，增加其使用壽命，以滿(mǎn)足鍋爐低負(fù)荷狀態(tài)下的運(yùn)行要求，避免發(fā)生爆管，保證鍋爐穩(wěn)順運(yùn)行。

4使用效果

目前，鍋爐二次過(guò)熱器管已更換為管徑φ34X4.5、管材321H，檢修完成后至今運(yùn)行正常，滿(mǎn)足要求。后續(xù)停爐檢查時(shí)，管壁無(wú)明顯沉積的腐蝕產(chǎn)物，使用狀況較好。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的研究，主要對(duì)鍋爐過(guò)熱器管腐蝕原因和換熱原理的分析，針對(duì)性地進(jìn)行了鍋爐爐管材質(zhì)和鍋爐過(guò)熱器受熱面的重新校核，可較圓滿(mǎn)地解決此次干熄焦鍋爐遇到的運(yùn)行難題，保證生產(chǎn)連續(xù)，避免因發(fā)生頻繁的爆管而造成停爐檢修，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]葉江明.電廠(chǎng)鍋爐原理及設(shè)備[N].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2]李加護(hù).鍋爐課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M].北京：中國(guó)電力出版社，20

[3]劉家煒.三鋼南區(qū)鍋爐管道腐蝕、燒嘴堵塞原因分析及對(duì)策[J].福建冶金，2018(1):56-59.

作者:張慶慶 單位:福建三鋼閩光股份有限公司焦化廠(chǎng)