干熄焦锅炉技术比较

莱芜钢铁集团有限公司穆允生干熄焦高温高压锅炉与中温中压锅炉的技术比较21前言莱钢现有3套干熄焦装置，分别于2005年12月、2007年10月和2008年11月投入生产。其中与1#、2#干熄焦装置相配套的余热锅炉为中温中压锅炉，与3#干熄焦装置相配套的余热锅炉为高温高压锅炉。干熄焦锅炉是整个干熄焦系统中的重要组成部分，也是整个余热利用工艺的核心设备。我们通过对这两种不同类型的干熄焦锅炉进行标定和总结，从中得出了这两种干熄焦锅炉在工艺参数控制、设备选型、节能及生产管理等方面的不同之处。现以莱钢1#、3#干熄焦锅炉为例，结合生产的实际情况对干熄焦高温高压锅炉和中温中压锅炉进行技术分析与比较。32干熄焦余热锅炉干熄焦余热锅炉是利用吸收了红焦显热的高温循环烟气，与锅炉水进行热交换，产生一定参数（温度和压力）和品质的蒸汽，并输送给热用户的一种受压、受热设备。随着国内钢铁企业节能减排工作及可持续发展项目的深入推进，干熄焦余热锅炉的换热效率以及运行的综合性经济指标，越来越受到行业内，众多企业的重视与关注。42干熄焦余热锅炉2.1主要参数及技术指标比较与分析目前莱钢1#、3#干熄焦的平均干熄焦率均在95%以上，相配套的干熄焦余热锅炉基本处于满负荷运行状态。莱钢1#、3#干熄焦锅炉实际运行参数和技术指标，如下表1所示。主要参数1#干熄焦3#干熄焦设计值实际运行值备注设计值实际运行值备注排焦量140t/h125～130t/h150t/h135～140t/h循环风量175000Nm3/h165000Nm3/h187500Nm3/h175000Nm3/h排焦温度≤200℃130～200℃≤200℃150～200℃气料比1250Nm3/t1270Nm3/t1250Nm3/t1290Nm3/t主蒸汽流量80t/h67t/h80t/h65t/h主蒸汽温度480℃475～480℃545℃540～545℃主蒸汽压力5.2MPa4.6～4.8MPa10.5MPa9～10.0MPa锅炉入口温度900~980℃925～945℃900~980℃935～955℃锅炉出口温度160~180℃165～168℃160~180℃180～183℃吨焦发电量96kw·h～103kw·h119kw·h～125kw·h52干熄焦余热锅炉2.2工艺参数控制比较与分析干熄焦余热锅炉工艺参数的控制，与其特有的供热方式、烟气特性及工艺设备是分不开的。其主要控制条件如下：2.2.1汽包水位的控制汽包水位是锅炉安全运行的重要指标，保持水位在允许的变化范围内，是保证锅炉安全运行的首要条件。水位过高或过低，都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利影响。水位过高，会影响汽包内的汽水分离，造成饱和蒸汽带水量过多，使过热蒸汽的温度严重下降，同时会因饱和蒸汽带水，影响蒸汽品质，损坏汽轮机的叶片，严重的还会造成安全事故的发生。然而，水位过低，则会因汽包内的水量较少，在负荷增加时，水的汽化速度加快，使汽包内的水量迅速减少，若不能及时加以控制，将有可能使汽包内的水全部汽化，从而导致水冷壁或蒸发器因管壁温度过高而烧坏，甚至引起爆管。因此，生产中必须对汽包水位进行严格的控制，严禁中断锅炉给水。62干熄焦余热锅炉常见的锅炉汽包水位控制系统有3种，即单冲量控制系统、双冲量控制系统和三冲量控制系统。汽包水位控制的关键变量是汽包水位、蒸汽流量及给水流量这三个变量。单冲量控制系统的变量是汽包水位，但该系统无法克服虚假水位带来的严重后果，对负荷感应不灵敏，也无法克服给水流量的干扰。在单冲量控制系统的基础上引入蒸汽流量信号，就构成了双冲量控制系统，双冲量控制系统也存在弊端，不能及时克服给水流量带来的干扰问题。此外，由于控制阀的工作特性不是完全线性的，很难做到静态补偿。为此，引入了给水流量信号，构成了三冲量控制系统。三冲量控制系统的应用，实现了干熄焦锅炉给水系统的自动调节，使锅炉汽包水位得到有效控制，确保了锅炉的稳定运行。莱钢1#、3#干熄焦锅炉汽包水位的控制系统基本一致，均采用了三冲量控制系统，均较好的满足了生产的需要。72干熄焦余热锅炉2.2.2主蒸汽流量、温度、压力的控制主蒸汽流量的稳定取决于排焦量、锅炉入口温度及循环风量的稳定，且受焦炉生产组织的影响较大。莱钢1#、3#干熄焦锅炉均采用的是两级过热器工艺，饱和蒸汽经过一级过热器加热后，进入减温器，经喷水减温后，进入二级过热器进一步加热，最终加热到额定蒸汽温度。在此工艺中，由于一级过热器出口蒸汽经过喷水减温后，蒸汽温度大幅度降低，二级过热器因此得到保护，不会出现超温事故。但在干熄焦系统开、停工阶段很容易出现过热器出口温度超温的现象，这是由于干熄炉系统负荷变化太快造成，控制干熄炉负荷与锅炉负荷保持同步变化是避免此问题的有效途径。生产中我们还发现，莱钢3#干熄焦锅炉受干熄炉系统负荷变化的影响较为明显，特别是蒸汽压力和温度的变化。在同样负荷变化速度的条件下，3#干熄焦锅炉的蒸汽温度、压力的变化速度要大于1#干熄焦锅炉蒸汽温度、压力的变化速度，所以在干熄炉负荷变化时，应密切关注锅炉系统负荷的变化，保证锅炉升、降压速度和升、降温速度在工艺要求的范围内。82干熄焦余热锅炉2.2.3锅炉人口温度的控制莱钢干1#、3#干熄焦锅炉入口的设计温度均在900~980℃，实际运行中锅炉入口的温度相对设计值要低一些，一般控制在960℃以内。其主要考虑测温元件热电偶正常的检测误差及测温点位置偏差带来的影响，为防止锅炉出现高温事故而采取的控温运行法。2.2.4锅炉给水温度的控制莱钢1#、3#干熄焦锅炉给水温度的设计值均为104℃。实际运行中，锅炉给水是经锅炉给水泵加压后送入省煤器，加热至接近炉水的温度后再进入汽包与炉水混合。在锅炉给水泵加压过程中部分机械能转化为热能，这个转化过程主要体现在锅炉给水泵出口水的温度要高于锅炉给水泵进口水的温度。正常生产时莱钢1#干熄焦锅炉的给水温度在104.8℃左右，而3#干熄焦锅炉的给水温度在107.5℃左右，1#干熄焦锅炉给水温度略低于3#干熄焦锅炉的给水温度，此差异的产生主要受锅炉给水泵出口压力的不同所造成的。92干熄焦余热锅炉2.3锅炉炉型比较与分析莱钢1#、3#干熄焦锅炉均是复合型循环锅炉，即自然循环加强制循环两个循环回路。自然循环部分均采用的膜式水冷壁。强制循环均是依靠动力设施强制循环泵来实现的。复合式循环锅炉的优点，是在干熄焦系统开工初期，只需将烘炉蒸汽通过烘炉蒸汽管送至锅炉汽包内部，同时开启锅炉强制循环水泵，利用锅炉内部的水循环系统，来加热循环气体，从而达到对干熄炉和锅炉同时烘炉、升温的目的。莱钢1#、3#干熄焦锅炉均设有两台强制循环泵，1备1用，同时有着完善的监控与自动控制系统，确保了其运行的稳定性和可靠性。莱钢干熄焦自从2005年12月投产以来，从未发生因强制循环泵故障，造成锅炉发生事故或干熄焦系统被迫停机的现象。而自然循环锅炉的烘炉过程与之不同。因自然循环锅炉的汽水循环系统没有强制循环泵，因此开工初期如何快速的建立水循环，确保锅炉受热面受热均匀，且得到好的冷却效果，是至关重要的，这对职工的操作水平要求比较高，要求职工要有丰富的操作经验。否则易造成意外事故的发生。102干熄焦余热锅炉2.4锅炉辅机及安全附件比较与分析2.4.1锅炉辅机的比较与分析表2莱钢1#、3#干熄焦强制循环泵性能参数表主要性能参数1#干熄焦强制循环泵3#干熄焦强制循环泵型号CHR250-404HLV200—270/1M数量2台2台额定流量420t/h480t/h额定转速1470r/min2870r/min扬程24.5m47m配用电机功率75kw135kw112干熄焦余热锅炉2.4锅炉辅机及安全附件比较与分析2.4.1锅炉辅机的比较与分析表3莱钢1#、3#干熄焦锅炉给水泵性能参数表主要性能参数1#干熄焦锅炉给水泵3#干熄焦锅炉给水泵型号SDG150-100×8DG150-130×10数量2台2台额定流量120m3/h100m3/h额定转速2950r/min2980r/min扬程796m1300m配用电机功率500kw800kw122干熄焦余热锅炉2.4.2锅炉安全附件的比较与分析锅炉安全附件包括：水位计、安全阀、压力表。高温高压及中温中压锅炉水位计的设计与选择均应符合《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》（DRZ/T01-2004）。锅炉汽包水位测量系统的配置必须采用两种或两种以上工作原理共存的配置方式，且每个水位测量装置都应具有独立的取样孔，不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置，以免相互影响，降低水位测量的准确性和可靠性。莱钢1#干熄焦锅炉共有4套独立的汽包水位计测量显示装置，其中就地水位计2套、压差式水位计测量装置2套。莱钢3#干熄焦余热锅炉共有4套独立的汽包水位计测量显示装置，其中就地水位计1套、压差式水位计测量装置2套，电接点式水位计1套。均能准确的反映汽包水位的真实情况。132干熄焦余热锅炉2.4.2锅炉安全附件的比较与分析安全阀作为锅炉的三大安全附件之一，其作用是当系统压力超出预定的安全值后自行开启泄压，当压力恢复正常后自行关闭密封，其动作性能要求准确地开启、稳定地排放、及时地关闭和可靠地密封。它也是锅炉运行过程中安全保护的最后一道防线，因此选择质量可靠的，安全系数高的安全阀，是至关重要的。莱钢1#、3#干熄焦锅炉均设有3个安全阀，即，汽包上2个，二次过热器出口1个。142干熄焦余热锅炉2.4.2锅炉安全附件的比较与分析锅炉压力表的选用应符合下列要求：对于额定蒸汽压力大于或等于2.5MPa的锅炉，压力表精度不应低于1.5级。压力表的最大量程，应为工作压力的1.5到3.0倍，最好为2倍，使压力表投运后的工作范围在压力表刻度值的1/2到2/3处，表盘大小应保证操作人员能清楚的看到压力指示值，表盘的直径应不小于100毫米。压力表和汽包或蒸汽管道之间必须装有存水弯管，使蒸汽在存水弯管中凝结，形成水封，阻止蒸汽直接进入压力表内，以免产生温度误差。压力表存水弯管其内径不应小于10mm，在压力表和存水弯管之间应装有三通阀，以便吹洗存水弯管，及时校验和更换损坏的压力表。锅炉压力表表盘上应标有表示汽包工作压力的红线。153节能方面的差异3.1锅炉热效率从我们对1#、3#干熄焦锅炉标定的结果来看，两套干熄焦锅炉实际运行的热效率均达到了设计值，其中1#干熄焦中温中压锅炉的热效率为82.7％，3#干熄焦高温高压锅炉的热效率为80.9％，1#干熄焦锅炉的热效率要略高于3#干熄焦锅炉的热效率。主要体现在同样的运行条件下，1#干熄焦锅炉出口烟气温度要比3#干熄焦锅炉出口烟气温度低15℃左右。主要原因是，3#干熄焦锅炉省煤器换热面积读者设计偏小所致。163节能方面的差异3.2电力消耗根据对两套干熄焦锅炉使用情况的统计可以看出，在同等的熄焦条件下。3#干熄焦锅炉需要配置高参数的锅炉给水泵及强制循环泵，相应的电机功率有较大增加，因此总体电力消耗情况比1#干熄焦锅炉系统的电力消耗要高。173节能方面的差异3.3锅炉产汽量及发电量在同等的熄焦条件下，3#干熄焦锅炉的热效率略低于1#干熄焦锅炉的热效率，锅炉的产汽量也比后者要低，这主要是由于高温高压蒸汽的焓值比中温中压蒸汽的焓值要高所引起的。尽管如此，由于高温高压蒸汽的可用能高于中温中压蒸汽的可用能，最终导致在同等熄焦条件下高温高压锅炉所产蒸汽的发电量比中温中压锅炉所产蒸汽的发电量高出约15％左右。再综合两种锅炉所需要投入的电力需求进行比较，在能源利用方面，高温高压锅炉要略占优势。184.1锅炉水质管理锅炉水处理必须要遵守《锅炉水处理监督管理规则》，高温高压锅炉水质要求较高，中温中压锅炉的水质管理标准可适当放低，故干熄焦高温高压锅炉的水质要求要高于中温中压锅炉的水质要求。特别是在溶解氧、炉水磷酸根等指标上有较大差异。4生产管理的差异194.1锅炉水质管理锅炉水处理必须要遵守《锅炉水处理监督管理规则》，高温高压锅炉水质要求较高，中温中压锅炉的水质管理标准可适当放低，故干熄焦高温高压锅炉的水质要求要高于中温中压锅炉的水质要求。特别是在溶解氧、炉水磷酸根等指