郭杰聰

(福建華電可門(mén)發(fā)電有限公司,福建福州 350512)

某60萬(wàn)火電機(jī)組發(fā)電廠鍋爐省煤器的改造

郭杰聰

(福建華電可門(mén)發(fā)電有限公司,福建福州 350512)

作為鍋爐低溫受熱面的省煤器,普遍存在積灰、磨損、振動(dòng)及腐蝕等問(wèn)題,尤其是在燃燒劣質(zhì)煤的時(shí)候,更容易使省煤器發(fā)生爆管的事故。鍋爐發(fā)生的省煤器爆管事故嚴(yán)重影響了鍋爐的安全運(yùn)行,使發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到影響。導(dǎo)致省煤器爆管的原因很多,主要包括爐型的選擇、熱力計(jì)算的準(zhǔn)確性、省煤器嚴(yán)重積灰、管外飛灰磨損、管子內(nèi)壁的腐蝕、省煤器結(jié)構(gòu)布置的合理性、煙氣流速、省煤器的材質(zhì)選擇、省煤器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是否容易引起熱偏差及流量不均、制造工藝、安裝質(zhì)量、鍋爐運(yùn)行狀況、燃燒調(diào)整、維修檢修質(zhì)量等多方面的原因。本文對(duì)省煤器提出了最佳改造方案,在鍋爐大修中按最佳方案實(shí)施了改造。改造后,從試驗(yàn)結(jié)果看,積灰情況得到了很大改善,排煙溫度達(dá)到了設(shè)定值,使得鍋爐的經(jīng)濟(jì)性及安全性得到了大幅提高,基本解決了鍋爐爆管的隱患,提高了鍋爐機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及可靠性,為省煤器改造和設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

鍋爐 省煤器 磨損 爆管

1 前言

近年來(lái)生態(tài)環(huán)境要求日益提高,煤炭的供需嚴(yán)重不平衡,電價(jià)成本大幅上調(diào),這些都要求鍋爐機(jī)組的污染控制要求、安全性及經(jīng)濟(jì)性都應(yīng)該有所提高。但是,現(xiàn)行設(shè)備的老化、技術(shù)落后及煤質(zhì)變差等使得傳熱方面及燃燒的問(wèn)題逐年增加。該電廠3號(hào)鍋爐主要存在以下問(wèn)題:

(1)由于煤質(zhì)變差,燃煤熱值下降,相同鍋爐出力下煙氣量和流速增加,為了保證機(jī)組負(fù)荷,必須增加燃煤量,來(lái)增加煙氣量,反而使得煙氣流速增加,加快了省煤器管壁的磨損。另外煤質(zhì)差的煤著火性能下降使得燃燒穩(wěn)定性降低、鍋爐滅火次數(shù)增多、機(jī)組煤耗增加、磨煤機(jī)出力增加、爐膛出口煙溫偏差等問(wèn)題更加嚴(yán)重。燃煤灰分增加,造成煙氣中飛灰濃度增大,灰粒撞擊受熱面的次數(shù)增加,引起省煤器管壁的磨損加劇。(2)排煙溫度高。為了治理污染物的排放增加了脫硫裝置等。而保證脫硫裝置安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就必須控制鍋爐排煙溫度在145℃以下,所以必須控制鍋爐排煙溫度在允許的范圍之內(nèi)。(3)積灰嚴(yán)重。機(jī)組初投產(chǎn)時(shí),排煙溫度比設(shè)定值要偏高一些,說(shuō)明尾部蒸發(fā)受熱面面積滿足不了設(shè)計(jì)吸熱量的要求;又因?yàn)槊旱幕曳衷黾?、燃煤量的增?使得尾部受熱面嚴(yán)重積灰。這些均使得排煙溫度上升,省煤器吸熱量下降,鍋爐熱效率大幅下降,導(dǎo)致燃料浪費(fèi)過(guò)多且高溫廢氣大量排放使環(huán)境惡化。(4)鍋爐的熱效率較低。為了進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能降耗的目的,對(duì)鍋爐的熱效率及燃燒均提出了更高的要求,需盡可能地提高鍋爐的傳熱效率,降低燃煤燒量,并且組織好燃燒,使得煙溫偏差及爐膛水冷壁高溫腐蝕的危害減少。(5)泄漏嚴(yán)重。由于累計(jì)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng),部分受熱面已達(dá)到或超出了設(shè)計(jì)的運(yùn)行壽命,泄漏逐年增加。再者設(shè)計(jì)的省煤器壁厚余量小,加工缺陷較多,泄漏日益嚴(yán)重。

總之,隨著鍋爐機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),技術(shù)落后、鍋爐設(shè)備日益老化、缺陷增加、再加上煤質(zhì)變差,這些均導(dǎo)致鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全行降低。但是,隨著環(huán)境保護(hù)及發(fā)電市場(chǎng)的需求,對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全行要求更高,污染物排放要求也有所提高。在這種情況下,若按照一般的檢修計(jì)劃對(duì)上述鍋爐存在的諸多問(wèn)題逐個(gè)解決,資金方面及工期是一個(gè)難題。為了進(jìn)一步達(dá)到減少污染物排放及節(jié)能降耗的目的,也為了適應(yīng)當(dāng)前煤炭市場(chǎng)的現(xiàn)狀況,必須在有限資金的前提下解決上述問(wèn)題。所以需要將3號(hào)爐的優(yōu)化改造做為一項(xiàng)系統(tǒng)工程來(lái)完成。

2 省煤器的爆管原因分析

省煤器爆管的原因非常復(fù)雜,下面分別從設(shè)計(jì)因素、制造、安裝和維修因素及運(yùn)行狀況因素三個(gè)方面來(lái)分析。

3.1 設(shè)計(jì)因素

(1)煙速設(shè)計(jì)不合理。若煙速設(shè)計(jì)值偏低,飛灰容易沉積在管壁上。若煙速設(shè)計(jì)值偏高,磨損較嚴(yán)重。因此,煙速的合理設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。一般煙速設(shè)計(jì)值在7-13m/s范圍內(nèi)進(jìn)行選取;煤中灰份少的時(shí)候取值較高,灰份多的時(shí)候取值較低。經(jīng)濟(jì)煙速則在8-11m/s范圍內(nèi)進(jìn)行選取。(2)省煤器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置不合理。省煤器和前墻平行布置時(shí),只有靠進(jìn)后墻的幾排管受煙氣的磨損比較嚴(yán)重,損壞后容易更換。省煤器和前后墻垂直布置時(shí),對(duì)于π型布置的鍋爐,當(dāng)煙氣從水平煙道進(jìn)入豎井煙道的時(shí)候有一個(gè)轉(zhuǎn)彎,在離心力的作用下,飛灰絕大部分集中于煙道的后墻壁,所以靠近后墻的每根管子都會(huì)受到煙氣的磨損。(3)受熱面系數(shù)選用不合理,使得爐膛出口實(shí)測(cè)煙溫偏高于設(shè)計(jì)值。(4)鍋爐設(shè)計(jì)不合理。四角切圓燃燒的爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升氣流由爐膛出口進(jìn)入到對(duì)流煙道的時(shí)候,殘余旋轉(zhuǎn)非常強(qiáng),將會(huì)使對(duì)流煙道兩側(cè)的煙溫和煙速存在差值,煙道內(nèi)熱負(fù)荷分布不勻,煙氣到達(dá)省煤器的時(shí)候,形成的煙氣走廊導(dǎo)致省煤器發(fā)生爆管。

3.2 制造、安裝和維修因素

(1)施工焊接不合格。焊口有非金屬夾雜物或管子焊接時(shí)有折疊缺陷等。(2)管材質(zhì)量差,本身存在缺陷。管子在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生折疊缺陷,或者本身存在分層、夾渣等缺陷,運(yùn)行時(shí)受溫度和應(yīng)力影響使缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大而爆管。(3)安裝不合格。安裝時(shí)沒(méi)有按照?qǐng)D紙進(jìn)行,使彎管半徑彎曲后變薄等。

3.3 運(yùn)行狀況因素

(1)燃燒煤種不合格。燃燒煤種不合格,灰分增加,使得省煤器嚴(yán)重積灰。若積灰得不到及時(shí)清除,最終會(huì)導(dǎo)致爆管。(2)受熱面外部嚴(yán)重積灰導(dǎo)致省煤器換熱不良,使得煙氣對(duì)管子的腐蝕和磨損加重。

(3)吹灰器不能正常工作或者吹灰器運(yùn)行不當(dāng)。目前,為了減輕鍋爐積灰問(wèn)題,大部分都裝設(shè)了吹灰裝置。但這些設(shè)備大都存在吹灰效果和可靠性差,能耗高等缺點(diǎn)。(4)管束振動(dòng)導(dǎo)致永久變形。(5)給水品質(zhì)不合格。當(dāng)給水除氧不合格時(shí),進(jìn)入省煤器后受熱放出的氧氣吸附在管內(nèi)表面,造成局部的結(jié)垢或點(diǎn)狀腐蝕。

3 省煤器的改造

3.1 改進(jìn)項(xiàng)目概況

某60萬(wàn)火電機(jī)組發(fā)電廠3號(hào)爐排煙溫度治理,發(fā)電廠確定改進(jìn)鍋爐燃燒設(shè)備及尾部受熱面,對(duì)省煤器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,從而使尾部受熱面的傳熱效果得到提高,使排煙溫度得到降低;使省煤器積灰減少,提高其經(jīng)濟(jì)性,并防止其爆管。

3.2 省煤器工況

3號(hào)爐投運(yùn)以來(lái),影響其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要因素就是排煙溫度高。隨著除塵設(shè)備性能的提高和脫硫裝置的投運(yùn),這些均要求排煙溫度能夠降低。排煙溫度高的原因除了燃燒方面外,還包括省煤器的嚴(yán)重積灰,現(xiàn)場(chǎng)檢查管子的積灰主要集中在管子的背風(fēng)面,影響了省煤器的傳熱效果。3號(hào)爐省煤器已經(jīng)發(fā)生多次泄漏,嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。檢查表明,該省煤器由于材料質(zhì)量、原始缺陷、磨損和內(nèi)部腐蝕等原因造成的泄漏和裂紋越來(lái)越多。

4 省煤器改造方案研究

4.1 省煤器改造前試驗(yàn)

大修前對(duì)省煤器進(jìn)行了傳熱性能測(cè)試,基本摸清了省煤器的狀況。省煤器出入口煙溫差測(cè)試僅有80℃多,比設(shè)定值降低了約30℃。按照每公斤燃煤計(jì)算的省煤器吸熱量?jī)H有約930kJ/kg,比設(shè)定值減少了約20%。爐內(nèi)省煤器雖然采用了清灰裝置,但清灰效果不明顯,省煤器積灰較嚴(yán)重。除了受熱面設(shè)計(jì)偏少以外,省煤器積灰是其吸熱少的主要影響因素。

4.2 省煤器改造方案的設(shè)計(jì)和對(duì)比

為了優(yōu)化省煤器的改造設(shè)計(jì),進(jìn)行了多個(gè)設(shè)計(jì)方案的對(duì)比。考慮到清灰裝置效果較差,改造方案主要通過(guò)提高省煤器自身的自清灰能力和增加受熱面使得傳熱效果得到提高。省煤器原設(shè)計(jì)方案螺旋肋片管順列排列,除第一排管子以外,煙氣只能沖刷到管子的兩側(cè),不能沖刷其余管子的背面及正面,因此,管子背面及正面積灰非常嚴(yán)重。

下面設(shè)計(jì)了2種改造方案進(jìn)行比較。

改造方案1:將順列管束改造成錯(cuò)列管束。因?yàn)殄e(cuò)列管束縱向距離越小的時(shí)候,氣流擾動(dòng)則越大,氣流沖刷管子背風(fēng)面的效果就越好,自清灰能力越強(qiáng),再者其傳熱系數(shù)高。具體的改造方案是每隔一排管圈下落50mm,縱向管排數(shù)由16排(4個(gè)管圈)增加到20排(5個(gè)管圈),使受熱面增加約25%。改造后省煤器吊掛荷重增加22%左右,管圈荷重增加25%,尾部受熱面懸吊管荷重增加3%左右。由于錯(cuò)列管束傳熱性能好,自清灰能力越強(qiáng),因此,改造后雖然受熱面積增加的比較少,但是可以使省煤器的煙溫降提高18-22℃。

改造方案2:管束布置不變,仍采用順列管束,而是使受熱面增加35%左右。具體的改造方案是縱向管排數(shù)由16排(4個(gè)管圈)增加到24排(后部)及20排(前部)。改造后省煤器吊掛荷重增加35%左右,管圈荷重增加37.5%,尾部受熱面懸吊管荷重增加5%左右。大修后清灰方式得到改善,改造后省煤器的煙溫降能夠提高15-20℃。

方案1雖然荷重較小,受熱面增加比較少,但是下部檢修空間得到了改善,傳熱效果及積灰現(xiàn)象都有所改善。該方案的主要缺陷是設(shè)備結(jié)構(gòu)改動(dòng)大,焊接質(zhì)量要求高。所以在保證焊接質(zhì)量的條件下,方案1是可行的。

方案2雖然受熱面增加較多,但缺點(diǎn)主要有:(1)省煤器吊掛荷重增加比較多,使其安全性降低了;(2)檢修空間不足,使得以后更換管圈及檢修難度增加;(3)過(guò)多增加受熱面,使得下部的受熱面清灰效果大副下降,反而使受熱面的利用系數(shù)減小。

綜上所述,決定采用方案1對(duì)省煤器進(jìn)行改造。

4.3 省煤器改造效果

通過(guò)省煤器的傳熱性能試驗(yàn),當(dāng)修正到設(shè)計(jì)工況的時(shí)候,省煤器的吸熱量及省煤器區(qū)域的煙溫降都和鍋爐的初始設(shè)定值相接近,都滿足改造設(shè)定值。運(yùn)行實(shí)績(jī)證明,發(fā)電廠3號(hào)爐省煤器改造效果非常明顯。

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