李晓琴
（北京巴布科克·威尔科克斯有限公司 北京 100043）
干熄焦（Coke Dry Quenching，简称CDQ）工艺是相对湿熄焦而言的，是采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦工艺方法。流程为：在干熄炉内，约1 000 ℃的红焦通过提升机从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后约200 ℃的焦炭通过排焦装置从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来约980 ℃高温惰性气体先经过一次除尘器，分离粗颗粒后的循环气体流经干熄焦余热锅炉进行热交换，锅炉产生高温高压蒸汽，冷却后约170 ℃惰性气体经过二次除尘器除尘后，由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用［1］。该工艺以其产焦品质优、显热利用率高、低污染、节省水资源等特点被广泛地应用于焦炭的生产过程。
干熄焦余热锅炉是干熄焦系统的核心设备。在冷却循环气体的同时，产生过热蒸汽供汽轮机发电。干熄焦余热锅炉没有燃烧系统及伴随燃烧的辅助设备，其受热面包括主受热面和附加受热面：主受热面包括过热器、蒸发器及省煤器；
附加受热面包括膜式水冷壁和悬吊管两部分［2］。
本文以某炼化有限公司干熄焦余热综合利用的高温高压干熄焦余热锅炉QC179/960-70-9.81/540 为例，介绍其结构及设计特点。
循环烟气量：最大178 750 Nm3/h；
正常171 600 Nm3/h；
烟气入口温度：880 ℃～960 ℃；
烟气成份：N272%～82%，CO212%～18%，CO＜5%，H2＜2%，O2＜1%；
烟气含尘量：10 g/Nm3～20 g/Nm3；
烟气出口温度：160 ℃～180 ℃；
粉尘的粘结特性：松散粒度，弱粘结性；
焦碳处理量：最大125 t/h；
额定蒸发量：最大70 t/h，正常67 t/h；
蒸发量范围：50%～100%；
锅筒工作压力：10.65 MPa；
过热蒸汽压力：9.81 MPa；
过热蒸汽温度：（540±5）℃；
锅炉给水温度：104 ℃；
锅炉外表温度：环境温度为25 ℃时，≤50 ℃；
锅炉热效率：≥80%；
漏风系数：≤0.8%；
总排污：≤2%。
该锅炉为高温高压、自然循环、单炉膛、全钢构架的塔式单锅筒烟道式余热锅炉。锅炉采用露天布置，高温循环烟气从炉前烟气进口进入锅炉，依次流经防磨吊挂管和水冷转向室、高温过热器、低温过热器、光管蒸发器、翅片管蒸发器，以及翅片管省煤器后，从锅炉右侧烟道出口排出。在两级过热器之间的管路上设置了水平布置的文丘里式喷水减温器，可以保持良好的混合效果，很好地控制了过热蒸汽的出口温度。
锅炉采用全悬吊结构，锅筒支撑在钢架顶板上，水冷壁、吊挂管和入口烟道通过吊杆悬吊于构架顶部的大板梁上，省煤器通过吊挂梁和吊杆悬吊在钢架上，锅炉出口烟道单独吊挂在钢架上。具体锅炉布置见图1。
图1 70 t/h 高温高压干熄焦余热锅炉布置图
2.1 锅筒
锅筒规格为Φ1600 mm（内径）×90 mm，筒身和封头材料采用P355GH（19Mn6），筒体设有上升管接口、下降管接口、省煤器连接管接口、饱和蒸汽引出管接口、连续排污、紧急放水、平衡容器、双色水位计、电接点式水位计、安全阀接口、壁温、压力测点、充氮接口、备用接口等。
锅筒内部设有旋风分离器、梯形波形板分离器、清洗孔板、均汽板等多种分离和净化装置。汽水混合物切向进入旋风分离器，汽水分离后，蒸汽向上流动，经旋风分离器顶部的梯形波形板分离器进入汽空间进行重力分离，然后蒸汽通过平板式清洗装置，经给水清洗后的蒸汽再次进入汽空间进行重力分离，最后蒸汽通过锅筒顶部的均汽板引出锅筒，进入过热器。蒸汽引入管处设有缓冲盲板，下降管处设有防下降管带汽的阻流器，饱和蒸汽引出管设有阻汽盲板。锅筒支座采用高强度钢板，滑移平面采用镜面不锈钢钢板，锅筒方向由中心向两边膨胀。
2.2 水冷壁
水冷壁采用由光管和扁钢焊成全密封的膜式结构，能最大程度上降低漏风率，同时减轻炉墙重量，大大减少钢架的金属耗量。由于干熄焦余热锅炉特殊的结构布局，膜式壁的管间距比常规电站锅炉的膜式壁管间距大，水冷壁管规格Φ60 mm×5 mm，材质20 G，管子节距145 mm。由于节距大，扁钢的冷却效果较差，故扁钢材质选用低合金钢15CrMo［3］。
水冷壁后墙上部向前弯，与侧墙组成了烟气入口，在入口区域由于烟气温度高、烟速快，采用耐磨浇注料将膜式壁全部覆盖。虽然损失了部分受热面，但是可以最大程度地防止烟气对膜式壁的磨损［3］。同时在入口处会发生冲击的后墙管子表面增加了不锈钢半圆防磨盖板，考虑到不锈钢与碳钢的膨胀率不同，防磨半圆管盖与膜式壁采用螺栓连接［4］。
左右侧墙上集箱独立，下集箱与后墙水壁下集箱连通。左右侧墙上设有多个人孔、测量孔等，现场采用罩壳进行密封。水冷壁未密封处现场采用填板、扁钢、钢板、折板或异形板进行密封。
2.3 过热器
过热器由高温过热器与低温过热器组成。高温过热器蛇形管规格Φ38 mm×5 mm，材质SA-213T91，顺流错列布置，低温过热器蛇形管规格Φ38 mm×4.5 mm，材质12Cr1MoVG，逆流错列布置。高、低温过热器蛇形管两排为一个吊挂单元，通过吊挂管挂在两个吊挂管上集箱之下，随吊挂管在高度方向膨胀，水平方向自由膨胀。为防止磨损，在高、低温过热器上部三排列管上，焊有不锈钢防磨盖板。为了防止在蛇形管两端与膜式壁之间形成烟气走廊，加剧受热面弯头处磨损，在靠近弯头位置的上、下方布置了烟气挡板，根据工作温度不同采用不同的材质［5］。
过热器集箱布置在后墙水冷壁外侧，为保证密封效果，过热器除采用常规的穿管罩壳结构外，还把高低温过热器用一个大的密封罩壳进行整体密封，过热器集箱连接管穿出整体密封罩壳位置设有膨胀节，来吸收膨胀［6］，见图2。高、低温过热器的入口集箱通过螺栓固定在整体密封罩壳的垂撑上，高、低温过热器的出口集箱通过限位结构支撑在垂撑上，留有膨胀间隙可水平膨胀，过热器连接管穿出整体密封罩壳位置设有塔形膨胀节。
图2 过热器防磨及密封结构
2.4 蒸发器
蒸发器分为光管蒸发器和翅片管蒸发器。上部光管蒸发器，蛇形管规格Φ38 mm×4.5 mm，材质20 G，逆流错列布置，含汽率较高的出口管倾斜布置，吊挂形式与过热器相同。下部翅片管蒸发器，蛇形管光管规格Φ38 mm×4.5 mm，材质20 G，翅片规格1.2 mm×19 mm，材质Q235B，节距12.7 mm，逆流错列布置。每三片翅片管形成一个吊挂单元，通过合金扁钢管夹连接，通过吊挂板挂在两个吊挂管下集箱之下。蛇形管两端弯头处上、下方加装烟气挡板，穿墙处采用罩壳密封，再与密封箱的钢板焊接，达到彻底密封的效果，见图3。
图3 蒸发器防磨及密封结构
2.5 吊挂管
吊挂管管子规格Φ32 mm×5 mm，材质20 G，分段布设在过热器、光管蒸发器及吊挂管三个部件中，分别与过热器、光管蒸发器组装出厂，其余散件出厂。吊挂管沿锅炉深度方向布置两道，宽度方向布置在过热器及光管蒸发器蛇形管横向管间。每根吊挂管在穿过蛇形管的两侧，沿蛇形管高度方向焊有支撑板、定位板、定位框来固定吊挂蛇形管，两排蛇形管与其间的两道吊挂管为一个吊挂单元。在蛇形管最上面一层和最下面一层采用定位框，其余层采用支撑板与定位板固定，定位框只需在吊挂管其中一道布置，另一道全部采用支撑板与定位板。焊接就位顺序为：先在吊挂管上焊接支撑板，然后将蛇形管固定在支撑板上，再在距蛇形管上沿2 mm 处焊接定位板，定位板隔一层焊一层，最后焊接最上面和最下面一层的定位框，最上面一层的定位框顶住管子下沿，最下面一层定位框上下各留4 mm 间隙，定位框水平间隙3 mm。相对于烟气流程，吊挂管呈现先横向冲刷后纵向冲刷的混合对流方式，横向冲刷部分及纵向冲刷高温段管子均设有360°不锈钢防磨套管，防磨套管纵向焊缝与烟气方向垂直，见图4。吊挂管顶部穿墙密封采用一次密封板及二次密封罩壳的形式，见图5。
图4 吊挂管防磨形式
图5 吊挂管顶部穿墙密封结构
2.6 省煤器
省煤器烟道采用护板结构，上面通过金属膨胀节与膜式壁下连接烟道相接，下部通过膨胀节与锅炉出口烟道相接。省煤器管束为螺旋翅片管，光管规格Φ38 mm×4.5 mm，材质20 G，翅片规格1.2 mm×16 mm，材质Q235B，节距8.47 mm，逆流错列布置。每两片管束形成一个偏置的吊挂单元，用扁钢管夹吊挂在加强横梁上，加强横梁通过吊杆装置悬吊在钢架上。在蛇形管两端弯头上、下处加装烟气挡板，穿墙管采用罩壳密封，再与密封箱的钢板焊接，达到彻底密封的效果，结构与蒸发器密封类似。
干熄焦余热锅炉循环烟气中含尘浓度10 g/Nm3～20 g/Nm3，虽然不算高，但硬度高、粒径大，对管束磨损客观存在。运行中控制烟气流速在入口区域不超8 m/s，设计时采取必要的措施，使磨损降低到最低限度，同时系统漏风对焦炭质量及系统安全性影响较大。故本文着重从防磨、密封两方面介绍干熄焦余热锅炉受热面的结构特点，运行证明该余热炉设计合理，达到了设计参数、满足系统工艺要求，节能环保。
猜你喜欢 蛇形蒸发器余热 堆肥废气余热回用对寒区好氧堆肥的影响农业工程学报(2022年7期)2022-07-09热泵烘干机双蒸发器联合运行仿真制冷与空调(2022年1期)2022-03-22双层客车内置分体式空调蒸发器布置设计客车技术与研究(2022年1期)2022-03-03汽车空调三蒸发器制冷回路的充注量研究汽车工程师(2021年12期)2022-01-17热管余热锅炉的应用及设计分析科学家(2021年24期)2021-04-25不同蒸发器水面蒸发量相互关系分析水能经济(2018年6期)2018-10-19丛林秘境小资CHIC！ELEGANCE(2016年18期)2017-05-27丛林秘境小资CHIC！ELEGANCE(2016年19期)2016-08-17浅析小型燃机发电工程中的几点心得科技资讯(2015年8期)2015-07-02“蛇来了”环球时报(2013-01-14)2013-01-14