1前言
干法熄焦技术(CokeDryQuenching)简称干熄焦，英文缩写为CDQ，是相对于湿法熄焦而言的一种新型熄焦方法。它采用冷的惰性气体熄灭赤热红焦，惰性气体在密封系统内循环使用，达到减少环境污染、回收红焦显热约80％EH、改善焦炭质量的效果，经济价值是显著的。该技术通过惰性气体来冷却干熄焦炉中的炽热焦炭，吸热后的惰性气体输入锅炉后，在余热锅炉内向管内工质传热，换热结束后从尾部烟道排出的惰性气体温度比较低，一般在—℃的范围内，温度较低的气体再由循环风机送入干熄炉内循环使用，继续冷却炽热红焦。在整个干熄焦系统装置中，干熄焦余热锅炉不仅起着回收余热的作用，而且是连接干熄焦装置各子系统的纽带，是不可缺少的重要环节之一。
笔者以张家港海陆锅炉有限公司设计的某中压干熄焦锅炉特性参数为依托，吸收、消化国内外干熄焦先进技术，在保证水动力循环校核安全可靠的前提下，为满足国内大型化干熄焦装置安全高效生产的要求，研究、开发千熄焦锅炉蒸发受热面在高压下实现自然水循环的热力设计方法，并给出锅炉受热面结构布置和热量分配情况。对高压自然水循环于熄焦余热锅炉的进一步研发及创新提供了设计依据。
2高压干熄焦锅炉特性参数
表l是烟气特性参数，表2所示为t／h干熄焦锅炉的性能参数和结构参数。干熄焦余热锅炉是干熄焦系统用来冷却循环气体，产生合格过热蒸汽用于工业生产或发电的主要设备，是干熄焦系统能够顺利运行的重要环节之一。它不但具有其他余热锅炉的特性，还必须适应干熄焦工艺的生产流程。热力计算是锅炉设计的基础，为锅炉的水循环计算、构件的强度计算、烟风阻力计算等提供必要的数据和条件，是锅炉设计中的重要组成部分。笔者所使用的参数，是在参考张家港海陆锅炉有限公司某中压干熄焦锅炉设计、运行参数的基础上，按照文献旧-选取的。根据热力计算所得结果，通过水动力循环计算校核，保证不出现停滞、倒流、自由水面与传热恶化等循环故障，则设计结构安全可靠。
3干熄焦锅炉的热力计算方法研究
干熄焦余热锅炉的设计主要是设计受热面结构，研究换热器在尾部烟道的合理布置以达到水循环的安全运行，使受热面具有良好的换热效果。
3．1干熄焦余热锅炉设计概述
近年来，国家有关部门确定干熄焦技术是节能的重要措施，极力推广。长期以来干熄焦技术都是全套或部分从国外引进的，干熄焦装置投资高，回收期较长，所以研发国产化的干熄焦装置是当务之急。为此，张家港海陆锅炉有限公司自行设计中压干熄焦余热锅炉，投入市场运行良好，取得较好的经济效益和社会效益。笔者以此为基础，在保证水循环回路正常运行的前提下，对干熄焦余热锅炉作进一步的探索。表3为中压、高压干熄焦锅炉结构参数的变化情况。
针对高压自然循环锅炉的特性，尽量减少蒸发器水平管受热面在烟道的吸热量，合理分配各换热器的热量吸收情况，确保水冷壁，特别是前墙水冷壁达到一定的吸热量。
3．2干熄焦锅炉系统
锅炉炉型为自然水循环水管式锅炉，原中压锅炉为强制循环和自然循环结合的循环方式。两种循环方式相比，前者省去蒸发器强制循环所需的循环泵，水循环回路也较为简单。锅炉四壁采用膜式水冷壁全悬吊结构。沿着烟气流动的方向看，烟气从焦炉进入余热锅炉的燃尽室。燃尽室处的烟温较高，一般为—℃，燃尽室的主要受热面是膜式水冷壁和蒸发器悬吊管两部分，主要吸收烟气空间的辐射放热量。从燃尽室出来的烟气依次流经过热器、鳍片管蒸发器、沸腾级省煤器及非沸腾级省煤器，最后排出锅炉。从汽水系统来看，汽包内的饱和水通过下降管分别进入膜式水冷壁和鳍片管蒸发器。汽包内的过热蒸汽流经一级过热器、喷水减温器及二级过热器，产生用户所需的品质合格的过热蒸汽。
3．3高压干熄焦锅炉热力特性分析
我们在引进、消化国外先进技术的基础上，根据干熄焦系统的特性进行研制开发。干熄焦锅炉的结构、相关的特性参数要符合干熄焦系统的安全运行，为此场地的限制是设计干熄焦锅炉的难点之一，如干熄焦锅炉入口烟气中心高度需与干熄焦系统保持协调，使得尾部烟道的尺寸就不能有较大的变动，放大或缩小烟道尺寸都会影响干熄焦整个系统的正常运行。
对于高压自然循环干熄焦锅炉需要在有限的高度内优化布置有效的受热面，同时要保证水冷壁和蒸发器受热面水循环的安全可靠，这给换热器的结构设计增加了较大的难度，同时要求受热面具有良好的换热效果。其设计的主要技术难点包括以下几点：
(1)省煤器出口管段沸腾
图1所示为压焓图：1为饱和蒸汽线，2为饱和水线，省煤器吸热量为Q加热，蒸发受热面吸热量为Q蒸发，过热器受热面吸热量为Q过热。由图1可见，随着过热蒸汽出口压力的增加，蒸发受热面的吸热量随着汽化潜热的减小而逐渐减少，过热器的吸热量以及省煤器部分的吸热量都有较大幅度的增加，省煤器分为两级串联，其中一级为沸腾级省煤器。在保证蒸发器自然水循环安全可靠的前提下，通过计算分析，沸腾级省煤设计含汽率保证在10％左右是较为经济合理的，沸腾部分增加的吸热量势必分担蒸发器受热面减少的部分吸热量。沸腾级省煤器出口是饱和的汽水混合物，防止了锅筒内水室凝汽现象，降低了对下降管带汽的影响。省煤器的出口、人
口集箱布置在两侧墙。中压、高压干熄焦锅炉热量分配变化情况见表4。由表4可得，在干熄焦锅炉人口烟温相同的条件下，高压时蒸发受热面部分吸
热量分配比较中压时减少40％左右，其减少部分的热量由过热器和省煤器来承担。
(2)尾部烟道膜式水冷壁结构
由于干熄焦锅炉本身的特殊结构，采用膜式水冷壁结构以防止出现漏风情况，高压干熄焦锅炉水冷壁采用×5mm管子，其节距也较常规锅炉的膜式壁大，达mm，前墙、后墙各布置有44根，侧墙布置有42根。此外采用膜式水冷壁可以使得炉墙重量减轻一半以上，大大减少钢架的金属耗量和制造工时，锅炉的基础材料消耗和施工工时也随之降低。水冷壁的主要作用是吸收较高烟温处的辐射热量，使水受热产生饱和蒸汽，确保水循环的安全可靠。
经过水动力计算分析，水循环问题主要出现在受热较弱的前墙水冷壁，为使水冷壁吸收尽可能多的热量，提高水动力安全性，设计时将水冷壁人口集箱布置到蒸发器人口集箱标高相同处。在循环烟气量基本不变的前提下，同时要保证过热器、蒸发器和省煤器等受热面在限定的范围内得到合理有效的布置，通过分析与计算得出，在误差范围内通过调节燃尽室出口烟气温度来增加燃尽室水冷壁吸热量的效果并不明显，通过下移过热器等换热面来增加燃尽室辐射受热面积是增大水冷壁辐射吸热量的最直接最有效的途径。过热器等受热面整体沿烟道下移0．5m，前、后蒸发器悬吊管的对流、辐射吸热量变化情况见表5。
(3)防磨抗腐蚀
被炽热红焦加热的惰性气体进入干熄焦余热锅炉进行换热，由于气体在焦炉内冷却红焦时携带出了较多的焦炭粒子，在低温情况下烟气对管束的冲刷磨损较为严重。根据干熄焦运行经验，锅炉人口烟气流速在设计时需控制在7—8m／s范围内。过热蒸汽的比容随着压力的增加而逐渐变小，那么在高压条件下，如果依照原有一般锅炉过热器的逆流或顺流结构布置，过热器的烟气流速和管内工质流速比原来中压工况下的降低一半左右，换热器的换热效果将大大减弱。结合干熄焦系统运行经验，工质流速与文献上的规定值吻合得很好，一般蒸汽压力在10MPa上下时，对流过热器中蒸汽流速冷段取9～1lm／s，热段取15～20m／s，同时为了增强其换热效果，采用先逆流后顺流的混合流方案，通过减少工质流通面积来提高烟气流速和工质流速，确保过热器安全运行。与此同时，管束正对于烟气冲刷部分设计耐高温、防磨套管，有效解决含有焦粉颗粒的循环气体高速冲刷所产生的磨损问题；在高温过热器上部管束进行超音速喷涂Ni—cr合金，提高过热器管的表面硬度，达到抗冲刷目的。
省煤器处于烟温较低的烟道部位，比较容易发生低温腐蚀现象。根据宝钢干熄焦锅炉的运行经验，省煤器外壁的腐蚀较为严重，根据分析，外壁的腐蚀主要是烟气中少量的S03‘、CN一和O：与管壁水汽形成露点腐蚀造成的，采用化学镀镍磷的工艺。可以有效地防止低温省煤器管列腐蚀，延长省煤器使用寿命。
4结论
过热器通过采用逆流与顺流的混合流结构布置后，有效地解决了在高压条件下，烟气速度与工质流速偏低的问题，同时保证过热器具有良好的换热效果。通过计算，二级过热器的烟气速度达到7．32m／s，中压时为7．16m／s；工质流速为23．22m／s，中压时为26m／s，达到标准规定要求，符合干熄焦运行经验。与张家港海陆锅炉有限公司原设计的中压干熄焦锅炉相比，过热器面积增加近50％，蒸发器受热面积减少近60％，符合高压下热力特性分析。在保证干熄焦系统相关特性参数相同的条件下，由中压参数提高到高压参数，提高了能源利用率。同时高压下省煤器的吸热量有较大的增加，如果设计成单级省煤器布置，纵向距离太高，给制造检修带来不便，故将原来的一级省煤器布置成两级串联省煤器，其中二级省煤器做成部分沸腾，承担蒸发器减少的部分热量，促成水平蒸发管段实现自然水循环。表6为某台t／h干熄焦锅炉热力计算汇总表。
研究分析了干熄焦锅炉在高压下实现自然水循环的热力设计特点，并与现有某干熄焦中压锅炉实际运行参数相比较，结合蒸发受热面水动力计算校核，给出高压情况下的热力性能参数，对干熄焦锅炉的设计及研发有参考价值。
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