干熄焦工艺目前在世界上已普遍采用，其最大优点是减少污染、余热回收利用发电、提高成品焦品质、降低生产成本，由于焦炭水分低，保证了锅炉的稳定操作。
1 干熄焦锅炉存在的问题
干熄焦锅炉是冷却干熄焦系统循环气体并产生过热蒸汽的发电装置，影响干熄焦锅炉安全稳定运行的主要问题有下述几个方面。
1.1 锅炉爆管
由于干熄焦系统为负压循环系统，易漏入空气，从而引起系统内管的二次燃烧，系统含氢量的增加会加速氧化腐蚀而引起爆管。造成腐蚀的原因如下：
(1) 形成低熔点盐导致过热器的腐蚀。二次过热器负压进氧，二次燃烧形成较多的SO2与微量被氧化的碱金属，在氧化铁等催化剂的作用下不断形成低熔点盐，这种盐在585℃时被冲刷，形成层状剥蚀。
(2) H2S和HCN的腐蚀。由于二次燃烧，循环烟气中所含的腐蚀成分增加，FeS呈片状或黑色污泥状，遇氧作用生成元素硫，遇氰反应生成蓝色腐蚀物。
(3) 管外壁受SO4－和CN－腐蚀。SO4－和CN－与O2、H2O形成露点腐蚀，腐蚀物为Fe4[Fe (CN )6]3、Fe(OH)3和FeSO4，呈松脆片状。
由此可见，干熄焦锅炉爆管具有恶循环性，分别出现在烟气入口的高温区的二次过热器、受热面悬吊管、烟气入口处的膜式水冷壁和前水冷壁。二次过热器不仅要承受高温烟气的高温，而且要受到烟气中的大粒径焦炭粒子的冲刷，因管内流动蒸汽的导热系数较小，在系统密封情况不好的情况下，易引起炉内焦炭的二次燃烧，这又会对二次过热器产生一定的腐蚀。
受热面悬吊管承受着高温烟气的冲刷与腐蚀，烟气入口处的膜式水冷壁同样承受高温烟气的冲刷与腐蚀。前膜式水冷壁受到与受热面撞击飞溅出来的焦炭粒子的撞击和冲刷，而且该区域的热负荷强度比较低，水动力较差。
省煤器管内的水流速度比较低，仅0.2 m/s，受到循环烟气的冲刷和腐蚀，管内侧存在着氧腐蚀(Fe2O3、Fe3O4)。进入锅炉的循环烟气有较大的波动时，尤其在锅炉低负荷运行时，易引起爆管。
1.2 锅炉密封及膨胀
1.2.1 锅炉密封
由于干熄焦锅炉在负压下运行，因此，干熄焦锅炉的密封直接关系到锅炉能否正常运行。若密封性不好、漏风率大，则熄焦罐内焦炭燃烧得就多，从而产生更多的腐蚀性烟气，导致受热面的腐蚀加重，增加爆管率。锅炉的漏风主要体现在管子的串墙密封和锅炉本体各门、孔自身结构的密封，因此必须注意以下几个问题。
(1) 系统膨胀节的密封性；
(2) 循环烟气系统和管路的密封；
(3) 敞开熄焦罐装红焦的时间控制；
(4) 检修炉门封盖的密封性；
(5) 运行之前氢气置换时的氧气导ty 问题等。
1.2.2 锅炉的膨胀
引起干熄焦锅炉膨胀的主要原因是温差问题，锅炉入口的烟气温度是850℃，而锅炉出口温度为160～180℃,因此必须考虑锅炉整体的膨胀，即膜式水冷壁的整体膨胀、受热面串墙管的膨胀、挡板的膨胀、膜式水冷壁入口防磨套管的膨胀。
2 改造措施与效果
2.1 熄焦能力
传统干熄焦锅炉的熄焦能力为65～90t/h，新型悬吊式干熄焦锅炉能够适应65～150t/h的干熄焦系统。这不仅解决了传统干熄焦锅炉无法解决的问题，而且结构紧凑、安装方便、维修容易、锅炉效率高，较好地满足了用户的发电需要。
2.2 总体布置
传统的干熄焦锅炉采用老式的支承式耐火墙，各受热面均采用了支承式搁置固定。新型悬吊式干熄焦锅炉采用新型的整体悬吊式结构，即膜式壁及受热面均采用悬吊式结构，整个膨胀方向向下，提高了干熄焦锅炉的整体膨胀性。而传统的支承耐火墙的干熄焦锅炉膨胀方向向上，必须在克服重力的前提下才能膨胀，整体膨胀性能差。
新型干熄焦锅炉的受热面也是悬吊式的，其膨胀性好，克服了传统干熄焦锅炉由于受热面采用支承的方式而带来的拱式变形及两端处的涡流磨损的缺陷。采用膜式水冷壁，可吸收烟气中约10%～15％的能量，从而提高了发电效率。
2.3 防磨措施
传统的干熄焦锅炉入口是耐火材料，高温过热器的防磨采用的是电弧喷涂或要求更低的氧乙炔喷涂，喷涂材料为Ni-Cr合金。无悬吊管，也无防磨板。
新型悬吊式于熄焦锅炉在入口膜式壁的后墙处增加了半圆管盖板，材质是0Cr25Ni20。高温过热器的防磨采用超音速喷涂（HVOF) ,喷涂材料为SiF4Ni-Cr合金。悬吊管的防磨采用夹套管，并考虑管间的自由膨胀。在高温过热器的前后两端加装防磨板。
新设计有效地改善了高温情况下焦颗粒对膜式壁的冲刷与磨损。超音速喷涂及电弧喷涂的性能参数比较见表1。
表1 喷涂结果比较
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喷涂方式 |
超音速喷涂 |
电弧喷涂 |
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硬度（HRC） |
50～60 |
50～60 |
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结合强度，MPa |
≥70 |
≈40 |
|
孔隙率，％ |
＜1 |
5 |
悬吊管内部的汽水混合物经上集箱通过，夹套管之间通循环水。高温烟气进入锅炉后有1个约90°的转弯，由于离心力的作用，焦炭粒子集中在高温过热器的外侧，故在内外侧分别设置防磨板，以保护过热器蛇形管的弯头。
2.4 膨胀吸收与密封
2.4.1 传统的干熄焦锅炉
(1) 无膜式水冷壁，只有耐火墙支承，膨胀方向向上，膨胀时需克服重力。由于无法安装膨胀节，膨胀量很难吸收。
(2) 无膜式水冷壁防磨套管。
(3) 串墙配管上的密封盒设置未与两次密封有效结合，由膨胀引起漏风是必然的。
(4) 受热面的膨胀为两端受力，易变形。
(5) 因无挡板，受热面的弯头处易磨损、腐蚀。
2.4.2 新型干熄焦锅炉
(1) 在蒸发II段与省煤器之间及省煤器与锅炉出口之间分别设置了膨胀节，从而吸收了锅炉整体的向下膨胀量。
(2) 锅炉入口处的后墙水冷壁设置防磨套管时，采用中间固定向两边膨胀的方式，并保留了余量。
(3) 串墙配管时将密封盒与膨胀结合起来，同时在设计内外护板时，设计成两次密封。
(4) 受热面悬吊管上面密封处设置了膨胀节，既保留了整体受热膨胀时的膨胀量，也考虑了悬吊管的密封问题。
(5) 高温过热器前后两端设置了挡板，设计时需考虑挡板的膨胀，做法是将挡板分块，每块间留长圆孔间隔螺栓。
2.4.3 改造效果
(1) 新型干熄焦锅炉能够有效地吸收锅炉整体的膨胀，不会因为锅炉的膨胀问题而引起锅炉的变形，避免了由漏风引起的二次燃烧带来的一系列腐蚀。
(2) 提高了后墙膜式水冷壁的使用寿命，减少了维修的工作量。
(3) 有效地将膨胀与密封结合起来，在设计护板时着重于一次密封，解决了串墙管由于膨胀而引起的漏风。
(4) 新设置的挡板有效避免了受热面弯管处的磨损。
2.5 省煤器的防腐
传统干熄焦锅炉的省煤器外壁防腐用化学涂Ni-P方式进行；内侧防腐用常规的GB5310或GB3087的锅炉管材。新型干熄焦锅炉省煤器外壁防腐采用螺旋翅片管制作，设计时为了避开露点，确保翅片及管外壁的金属壁温超过露点温度，同时再化学镀Ni-P，有效地控制并防止了省煤器外壁的腐蚀。省煤器内侧的防腐选择ND钢，以防止内侧的氧腐蚀。
2.6 锅炉压力等级的选择
传统型干熄焦锅炉一般用中压锅炉，新型干熄焦锅炉可用中压锅炉、次高压锅炉及高压锅炉，适应范围更广，适应性更强。
2.7 循环方式
新型干熄焦锅炉与传统型干熄焦锅炉一样，既可设计成强制循环，也可设计成自然循环，但膜式水冷壁采用的是自然循环。
3 结论
(1) 新型HLG锅炉吸收、消化了世界上先进的干熄焦锅炉技术，在总体布置和锅炉炉型选择上达到了世界先进水平，这将有助于国产化干熄焦锅炉与世界上先进的干熄焦锅炉的同步发展。
(2) 在国产化的设计过程中已找到了防止烟气、水腐蚀及磨损的有效方法，从而保证了HLG锅炉长期、安全可靠地运行。作者: 惠建明 葛卫东
