蒸汽过热炉改造技术及效果分析

潘焰锋

（湖南省冶金规划设计院有限公司，湖南长沙 410007）

引言

阳春新钢铁投资运营了一座6 MW汽轮机组饱和蒸汽发电站，包括一台蒸汽过热炉，主要回收转炉汽化烟道产生的蒸汽，避免蒸汽浪费。蒸汽过热炉为非标设计，其结构构造、设计的工艺都为初次应用，运行使用都靠现场摸索与细节上的优化改进，经锅炉制造厂与设计、用户单位的共同探讨研究，对蒸汽过热炉进行了针对性的局部改造后，现蒸汽过热炉运行良好，停炉检修时间大大缩减，发电站取得了良好效益。

1 蒸汽过热炉概况

本蒸汽过热炉为双锅筒纵置式半露天布置，主要用来加热从炼钢转炉烟罩送过来的蒸汽，将其过热到430 ℃。锅炉采用双炉膛卧式布置，一侧为绝热设计的过热炉膛，另一侧为水冷壁蒸发炉膛用来产汽，两个炉膛烟气在蒸汽过热器前汇合，两级过热器布置在炉膛出口烟道内，两级过热器之后布置一套空气预热器，一方面用来预热助燃空气，另一方面降低排烟温度提高锅炉热效率,工艺流程示意图见图1。

在转炉正常生产时，转炉汽化烟道可间断地送来额定蒸汽量为30 t/h的蒸汽，当转炉停炉检修或有异常情况时，即在外来蒸汽不足或无外来蒸汽时，蒸汽过热炉可自产9 t/h过热蒸汽以给汽轮机连续供汽，保证汽轮机低负荷运转，避免转炉汽化烟道无蒸汽产生时汽轮发电机频繁启停。蒸汽过热炉的主要工作参数如表1所示。

表1 蒸汽过热炉主要工作参数

图1 过热炉工艺流程（烟风系统和汽水系统）示意图

蒸汽过热炉所用燃料为阳春新钢铁的富余高炉煤气，燃料低位热值3 444 kJ/m3。

2 投产后存在的问题

蒸汽过热炉自2015年投产以来，在摸索使用过程中出现了一些需停炉处理的问题，如炉膛出口烟道膨胀节浇注料掉落、膨胀节烧损穿孔漏火、烟道混凝土浇注料垮塌、烟道烧穿等（如图2和图3）。

图2 膨胀节烧损

图3 烟道烧穿

经统计，因蒸汽过热炉需维护检修停机停炉的时间有：2015年17天，2016年16天，2017年14天，2018年12天。按日发电量14万kWh计，因蒸汽过热炉停炉检修损失的发电量就有200多万kWh。

不仅如此，由于蒸发炉膛烟气直接和烟道连通，过热炉膛的烟气混合不均匀，导致过热器烟道中靠近过热炉膛一侧烟温约900 ℃，而靠近蒸发炉膛一侧的烟温只有700 ℃，出现了过热器烟道两侧烟温极不均匀的现象，直接导致了过热器受热不均，产生不平衡的应力，使过热器寿命大大缩短。

3 改造方案

通过几年的运行摸索，总结经验，对蒸汽过热炉进行了技术改造，改造前后示意图如图4所示。

图4 蒸汽过热炉改造前后示意图

3.1 改进蒸发炉膛烟气出口方式

蒸汽过热炉蒸发炉膛出口烟温500 ℃左右，而过热炉膛是绝热设计，其出口的烟温1 000 ℃左右。改造前的蒸发炉膛烟气从蒸发炉膛出来后直接抽到过热器的烟道中，这样导致过热炉膛的烟气只与靠近蒸发炉膛出口的部分烟气混合，混合后，过热器烟道中靠近过热炉膛侧的烟气温度达900 ℃以上，而靠近蒸发炉膛侧的烟气温度只有700 ℃。为了使烟气混合均匀，增加一套环形烟道，见图4，使一部分蒸发烟气从蒸发炉膛侧出来和过热烟气混合，另一部分烟气从对侧出来和过热炉膛烟气混合，通过调节环形烟道两侧烟气出口的大小使两侧烟气混合均匀。

3.2 取消炉膛出口膨胀节

在改造前，为了应对炉膛与过热器烟道的膨胀量，在炉膛出口设置了一个环形的膨胀节，膨胀节的内部保温是用耐火混凝土浇筑而成，在运行中发现膨胀节位置的耐火混凝土经常掉落，从而导致膨胀节变形甚至烧损，考虑到这是由于膨胀节的膨胀量与耐火混凝土的膨胀量相差较大引起的，决定取消膨胀节，避免其在运行中烧损引起停炉。

3.3 完善炉膛与烟道的连接形式

改造前炉膛出口与烟道为焊缝硬连接，耐火混凝土直接敷在连接的钢板上，运行中耐火混凝土经常与钢板脱开而掉落，掉落后还引起烟道烧穿。为解决这问题，将连接形式改为“7”字型的交错软连接，辅以耐火纤维毡填充。这样既保证了蒸汽过热炉的纵向自由膨胀，又使炉膛和烟道连接处在高温、负压的环境下可靠密封，避免了烟道顶上的耐火浇注料掉落引起锅炉烟道烧穿现象，引起停炉。

4 改造效果

4.1 过热炉改造前后的运行参数分析

改造前过热器烟道两侧烟温相差200 ℃以上，过热器受热不均，汽轮机满负荷时过热蒸汽的温度只能勉强达到420 ℃；改造后过热器烟道两侧烟温850 ℃左右，两侧温度相差不多，过热器受热均匀，汽轮机满负荷时过热蒸汽的温度能达到430 ℃且有余量。

4.2 改造后经济效益分析

改造前因蒸汽过热炉自身原因停炉检修的时间为每年15天左右，而经过改造之后，过热炉无需特意停炉检修，只需在发电站其他主机计划检修时简单维护即可，发电站全年的检修时间大大缩短，汽轮发电机也未出现因进汽温度得不到保证而降负荷运行的现象。如日发电量按14万kWh计算，则一年可多发电210万kWh，如电价0.5元/kWh，则一年直接经济效益105万元。

5 结语

该发电站蒸汽过热炉的改造在2018年12月份得以实施，经增加环形烟道、取消膨胀节、更改炉膛和烟道的连接形式后，过热蒸汽温度满足了工艺要求，全厂检修时间大大缩短，汽轮发电机的作业率得到了提升，取得了明显的经济效益。