75t/h煤气锅炉技术改造方案探讨

聂玉林

（湖北特种设备检验检测研究院 武汉 430077）

1 锅炉概况与主要问题

某钢铁公司热力厂3 台中温中压锅炉，与炼焦炉和高炉配套。型号为WGZ75/3.82-15，采用四角切圆燃烧方式，该炉设计燃料为高炉煤气与焦炉煤气混合气，掺烧比例为85%：15%，设计给水温度为170℃，热风温度为318℃，排烟温度为184℃，配两级高加。

但随着公司产能的调整与生产的发展，高炉煤气产量有很大富裕，锅炉实际上是以烧高炉煤气为主，焦炉煤气掺烧比例很小，使锅炉难以维持正常运行，一般只能带65t/h 负荷，如果带满负荷运行，即使面式减温器进出水管控制阀全开，过热器仍严重超温，超温幅度达10℃左右，该炉给水温度通常为130℃左右，热风温度约260℃～270℃。

过热器系统采用混流布置，采用螺旋管式面式减温器调温，低温过热器采用φ38×3.5mm 管子，材质20g，高温过热器采用φ42×3.5mm 管子，材质为12Cr1MoV。该炉主要技术数据与运行参数见表1。

表1 2#炉设计数据与运行参数

（续表）

2 过热器超温问题分析

由于用户提供的技术资料和运行数据不全，未能进行相关的热力计算。根据锅炉运行状况、运行记录和概算做出的分析如下：

1）燃料气中高炉煤气比例太大是过热器超温的主要原因。原设计是高炉煤气与焦炉煤气混烧，掺配比例按发热量计算为85:15。由于高炉煤气富裕，用户要求尽量多烧，以提高企业效益，使高炉煤气实际掺烧比例达到97.56%，高炉煤气与焦炉煤气所含成分相差甚远，其成分应用基分析数据见表2。

表2 煤气应用基分析数据(%)

由表2 可见，焦炉煤气主要成分是H2，CH4和其它碳氢化合物，可燃质总量约占96%，因此发热值高。而高炉煤气中主要可燃气体CO 在煤气中所占比例仅23.2%，70%以上是CO2和N2等不可燃废气，其发热值不及焦炉煤气的1/5，因此少烧1 体积的焦炉煤气就必须多烧5 倍以上的高炉煤气，在相同负荷下使烟气量大大增加，并相应提高对流受热面的烟速和对流换热量，导致过热器超温。

2）给水温度低，也是导致过热器超温的原因。原给水系统配两级高加，给水温度为170℃，实际上仅投一级甚至两级均未投，通常给水温度为130℃左右，最低时仅有100℃～110℃，降低给水温度将增加给水的欠热，要稳定负荷就必须多烧燃料，进而增加烟气量，造成过热器超温，因此该炉通常都不能满负荷运行，只能降低负荷以减轻过热器超温的倾向。

3）热风260℃～270℃，较设计值（318℃）低50℃～60℃，热风温度偏低会使着火延迟，炉膛出口温度升高，增加过热器超温的倾向。造成热风温度偏低的原因，一是由于给水温度低，降低了空气预热器区间的烟温。二是烟气中水蒸汽含量高，烟气中含有一定量的SO3，降低了烟气的露点，导致空气预热器低温段发生严重的凝结腐蚀和泄漏现象。

4）原减温器减温能力不足。该炉过热器采用混流式，高温过热器布置在炉膛出口高烟温区并采用顺流布置，同时在两级过热器中间布置螺旋管式面式减温器，进行汽温调节。据查减温器换热面积为9.8m2，进口冷却水温度为170℃，设计最大减温能力为167.2kJ/kg（≈40kcal/kg）按减温器内过热蒸汽压力4.02MPa(41kgf/cm2)，过热蒸汽温度400℃计算过热蒸汽比热为0.23826kJ/kg，相当温降为70℃，根据参考文献[1]前苏联《锅炉机组热力计算标准》规定减温器工作时，需保证最大热降可达209kJ/kg ～250.8kJ/kg 相当温降为88℃～106℃，原设计值偏小，在高炉煤气与焦炉煤气掺烧比例改变以后，减温器减温能力不满足调温要求。降低冷却水温度（即给水温度）将增加减温器减温能力，按给水温度为100℃～110℃计算，减温幅度大约可达90℃～100℃。

3 过热器超温对策

根据以上情况分析，解决WGZ75/3.82-15 型锅炉过热器超温问题，可采用如下对策：

1）增加焦炉煤气的掺烧比例同时提高热风温度和给水温度，即恢复设计工况。这是最简单可靠的办法，但用户在目前状况下难以实施，首先增加焦炉煤气配比违背了节能环保和经济利用的企业方针。使大量高炉煤气得不到有效利用，其次在目前的掺烧工况下，提高给水温度将降低减温器减温能力，无法保证过热器运行的安全。由于用户可能存在工艺系统和设备上的问题，两级高加一直难以同时投用，因此用户要求进行减温器改造时仍按给水温度104℃和170℃两种工况进行校核。

2）减少过热器受热面积。通过核算，将过热器割去一部分受热面，也是解决过热器超温问题的有效方法，采用此法不需添加设备，施工也不受周围设施的影响，但用户担心在起动和低负荷工况下过热器汽温偏低，同时担心切割焊口太多，施工条件恶劣，焊接质量不能保证，可能为今后运行留下安全隐患。

3）增加辐射受热面。增加辐射受热面可以提高蒸发量，降低炉膛出口烟温，因而可以降低过热器超温的危险。从炉膛结构看，有可能适当增加部分辐射受热面，因此也可以认为是一个行之有效的方法，但增加幅射受热面需对炉膛进行技术改造，工程量大，投资多，工期长，用户通常难以接受。

4）增加减温器减温能力。增加减温器减温能力，直接将过热蒸汽温度降下来。增加减温器减温能力，主要是增加减温器的换热面积。减温器长度受炉膛宽度限制，因而需选择更大直径的筒体来布置更多的受热面。因为减温器制造在制造厂进行，质量有保证。全部制造工作完成后，可在大修期间，与原减温器进行切换，因而施工快、周期短。

采用何种方案进行技术改造，不仅要考虑能解决锅炉运行中暴露的主要问题，还要考虑设备的现状与施工条件，考虑用户在投资、工期、质量和安全等方面的控制目标。

综合各方面的因素，可以选择对减温器进行技术改造，预计可以在20 天左右的检修周期内完成改造工作，并可实现各方面的控制目标。

4 减温器改造方案

仍采用面式减温器型式，同时为了减少安装工作量，缩短施工周期，提高锅炉运行的安全可靠性，方案应满足下列技术要求：

1）减温器采用温差应力较小的盘旋管式结构。

2）外部接口尺寸与现有设备一致。

3）进行减温系统水阻力计算，根据给水母管压头条件，考虑最大减温能力。

4）按给水温度为104℃和170℃两种工况进行减温能力核算。

笔者根据上述要求所作的减温器改造方案及技术数据参见表3。减温器筒体采用φ426×26mm，20G锅炉管，主要接口位置和接管规格尺寸与原设备保持一致。螺旋管采用φ18×3mm，共布置螺旋管68 组，总换热面积比原设备增加21.2%，总换热量大约可增加20%，由于螺旋管流通截口扩大，减温器总阻力损失也不会因受热面积增加而有明显变化。

表3 减温器改造前后结构数据

5 结论与建议

长期运行实际表明，某钢铁公司热力厂75t/h 煤气锅炉，由于燃料和设备条件发生了重大改变，出力不足，导致过热器严重超温的问题，很难通过运行调整手段加以解决，而必须进行适当的技术改造。综合考虑设备状况以及用户在生产、安全、质量、资金、维修周期等方面的约束性条件，笔者提出改造减温器，提高减温器减温能力的方案是可兼顾各方，切实可行的。根据初步结构计算和水阻力估算，可增加20%以上受热面，从而解决过热器超温的问题，而水阻力不会有大的增加，用户基本同意。上述分析和建议，并在以后通过更换减温器完成了锅炉的技术改造，彻底解决了过热器超温问题，恢复了锅炉的正常运行。

[1] 古尔维奇，库兹涅佐夫.锅炉机组热力计算标准[M].马毓义.北京：机械工业出版社，1985.

[2] 燃油燃气锅炉设计手册[M].北京：机械工业出版社， 1999.

[3] 易海清. 35t/h煤粉锅炉综合技术改造[J].中氮肥，2003，（02）：45-47.

[4] 李朗曾，戚光泽，汪福颐，等. 1000 吨/时直流锅炉水动力特性和膜态沸腾[J].锅炉技术，1980，Z1：55.

[5] 张文胜，管海英，宋坤. SZS20-1.6/350-Y(Q)锅炉过热器和减温器的设计[J].工业锅炉，2002，（01）：21-23.