干熄焦锅炉设计时需注意的几个问题

陈兴林

摘要：干熄焦作为焦化生产的重要环节，锅炉设计选型对生产效率、质量有着直接作用。文章通过对干熄焦锅炉与干熄焦原理进行分析，结合锅炉运行现状探讨具体的设计措施。

关键词：干熄焦;锅炉设计;设计问题;干熄焦锅炉

引言

独立焦化厂开工备用锅炉系统负责全厂的开工用低压蒸汽和生产时其他供汽源检修或事故工况时的供汽（低压蒸汽或中压蒸汽）。开工备用锅炉燃用天然气、焦炉煤气或轻柴油，运行工况为不定期短时间运行。因此，合理配置锅炉系统、采取合理措施对排放的尾气进行处理，既能增加企业的经济效益，节约能源，满足目前环保的排放要求，又可提升企业的社会效益，符合国家相关节能减排政策。

1干熄焦锅炉相关概述

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。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。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℃。

2干熄焦锅炉设计时需注意的几个问题

由于干熄焦技术在提高焦炭强度、节能减排、减少环境污染等方面比湿法熄焦具有更显著的优点，因此《焦化行业“十三五”发展规划》中提出，在“十三五”时期，钢铁企业干熄焦装置配置率需达到90%以上。随着干熄焦技术的广泛应用，业内越发重视利用干熄焦余热高效发电。钢铁厂中的焦化工序在生产焦炭的过程中会产生大量的能耗，这些能耗主要分为4个部分，即高温红焦显热、焦炉上升管荒煤气的高温余热、燃烧烟道废气的中低温余热和焦炉散热。目前，对高温红焦显热进行回收的干熄焦余热回收技术发展得最为成熟。20世纪80年代初期，中国开始采用干熄焦技术。该技术采用惰性气体（多为N2）进行红焦降温冷却，吸热后的惰性气体经干熄焦锅炉进行热交换，干熄焦锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉[1]。工业和信息化部印发的《钢铁工业调整升级规划（2016—2020年）》）中明确要求推进绿色制造，并将高温高压干熄焦技术列为了重点推广的节能减排技术。因此，干熄焦余热回收所产蒸汽的品质在日益提高，其带来的发电效益也备受关注。提高干熄焦余热回收系统发电量的方法有以下几种：第一，提高干熄焦锅炉的蒸汽产量;第二，提高蒸汽参数，例如将干熄焦余热锅炉参数提高至高温超高压，发电效率可以提高6百分点;第三，优化循环水温度，降低汽轮机排汽压力，减小冷源损失，提高发电效率;第四，采用高效汽轮机，提高干熄焦余热回收系统的发电效率。

3干熄焦锅炉设计改善措施

3.1多余热梯级利用方案

依据“温度对口，梯级利用”能量利用理念，多余热梯级利用方案可以更合理地回收炼焦过程中产生的不同品位的余热资源。该方案利用烟道废气的热量来预热干熄焦余热回收系统中锅炉的给水温度，可降低干熄焦系统中余热锅炉换热时的传热温差，减少有效能的损失，提高能源利用效率。具体为：首先在干熄焦余热回收系统中使用高温高压的余热锅炉进行高温热量的回收;另外在整个系统中，除氧器出口的水一部分经过高压泵加压送入烟气余热回收系统，提高水温后进入干熄焦系统中产生高温高压蒸汽，另一部分的水经水泵加压后进入荒煤气余热回收系统产生中压蒸汽[2]。

3.2除氧器配置的节能分析

焦化行业目前普遍采用大气热力式旋膜除氧器。布置方式有2种，一种为低位布置，一种为高位布置，并相应配备低位热力除氧器和高位热力除氧器。2种布置方式差异如下。首先，除氧器本体结构差异。目前低位热力除氧器为组合式，除氧头内配置了1套多功能除氧装置，比高位布置的除氧器多2台前置水泵。即在除氧器出水口和锅炉给水泵进水口之间增加前置水泵，保证锅炉给水泵进水口有一定压力，防止锅炉给水泵汽蚀。低位布置的除氧器比高位布置的除氧器初投资略高10万元。其次，除氧器厂房布置差异。低位布置除氧器比高位布置除氧器的锅炉房厂房层数少，但锅炉房占地面积大。对于高位除氧器，需要增加除氧器的安装高度来提高锅炉给水泵进水口的压力，防止锅炉给水泵汽蚀。一般高位除氧器的锅炉房为3层厂房，除氧器布置在10m高的平台上。而低位布置除氧器的锅炉房为单层厂房，除氧器布置在底层，因此配备低位除氧器的锅炉房占地面积要大一些。低位布置除氧器比高位布置除氧器的土建投资节省40万元。

3.3锅炉主机选型

干熄焦锅炉安全可靠、连续稳定运行是干熄焦装置正常生产的关键。整个工程中一些焦热力系统是由两个部分所组成的。一个部分就是干熄焦锅炉，第二个部分就是除氧紧张水泵站，我们根据这两个装置研究它们所对应的作用，以及在工程中所发挥的作用。干熄焦锅炉，它的作用主要是降低干熄焦系统中所包含的循环气体温度以及这些气体吸收的热量，并且在这些气体吸收的过程中，还有一些蒸汽的作用，来供给整个装置的供热和发电，这样就会达到红热的装置里面循环气体可以达到熄焦时，吸收的热量能够得到回收的作用，所以，只要我国的技术在干熄焦锅炉的应用中不断地发展，这些干熄焦锅炉的压力等级可以分为两个层次，一个是中级的，一个是高级的。蒸汽用于纯凝机组电发电时，这些高中专业的中介比较多，给锅炉业的水泵压力增大的也很多，在同等规模的条件下，一次性投资比较大。

3.4做好防腐设计

在停炉检修时，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]。

3.5开工备用锅炉的燃料种类

首先，纯开工用锅炉燃用天然气、焦炉煤气或轻柴油。当周边有城市天然气管网、天然气或焦炉煤气企业可以供气时，一般开工锅炉燃用天然气或焦炉煤气为首选;当周围没有天然气或焦炉煤气供应时，一般可购买天然气罐作为开工锅炉的燃料;若购买天然气罐也不方便时，则选择轻柴油为开工锅炉的燃料。此时锅炉燃烧系统配备煤气及轻柴油2种燃烧器或煤气及天然气2种燃烧器，同时配备点火程序控制和熄火保护装置、煤气过滤器、鼓风机等。其次，备用锅炉燃用焦炉煤气。企业生产焦炉煤气后，可直接用焦炉煤气作为备用锅炉的燃料。此时锅炉燃烧系统配备煤气燃烧器，同时配备点火程序控制和熄火保护装置、煤气过滤器、鼓风机、煤气加热器等。

结语

综上所述，在提高干熄焦余热回收系统发电量的多种方法中，采用高转速汽轮发电机这一途径是最简单易行的。高转速汽轮发电机组的技术成熟，重视干熄焦锅炉设计的优化能够提高锅炉运行效率，实现企业经济价值的最大化。

参考文献

[1]徐荣广，钟凯，周继良，等.干熄焦炉热震损毁机理分析[J].中国冶金，2018，28（12）：7.

[2]薛立民，范正赟，朱長军，等.260t/h大型干熄焦炉环形烟道内墙应力场[J].钢铁，2019，54（1）：96.

[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.