熱管式空氣預熱器整體更換方法

侯志成

(天津軍糧城發電有限公司，天津 300300)

0 引言

天津軍糧城發電有限公司#7機組為200 MW燃煤機組，鍋爐為武漢鍋爐股份有限公司制造的WGZ670/13.7－1型超高壓、一次中間再熱、自然循環、固態排渣煤粉爐，燃用山西混煤，采用低速鋼球磨煤機中儲式制粉系統。該鍋爐尾部空氣預熱器設計為高、中、低溫段3組空氣預熱器，全部采用管式空氣預熱器。

1 設備概況及設計參數

1.1 鍋爐主要設計參數

鍋爐主要設計參數為:型號，WGZ670/13.7－1;額定蒸發量，670 t/h;汽包工作壓力，15.54 MPa;過熱蒸汽出口壓力，13.73 MPa;過熱蒸汽出口溫度，540℃;再熱蒸汽出口壓力，2.27 MPa;再熱蒸汽出口溫度，540℃;再熱蒸汽入口壓力，2.52 MPa;再熱蒸汽入口溫度，314℃;再熱蒸汽流量，581.9 t/h;給水溫度，246.7℃;給水壓力，17.65 MPa;排煙溫度，166℃;熱風溫度，319℃;燃料總消耗量，107.65 t/h;計算燃料消耗量，105.49 t/h;鍋爐效率，90.48%。

1.2 鍋爐總體設計

鍋爐總體呈Π形布置，爐膛四周布滿膜式水冷壁，爐膛上方布置前屏過熱器，爐膛出口處布置半輻射式后屏過熱器，在水平煙道中依次布置了高溫過熱器、高溫再熱器，尾部煙道前、后分別布置了低溫再熱器、低溫過熱器，并在各自下方放置省煤器及主、旁煙道調節擋板。

燃燒室四角布置了4組直流式煤粉燃燒器，為四角雙切圓式燃燒。過熱蒸汽溫度主要通過兩級噴水方式調節，使用雙擋板控制主、旁煙道內的煙氣量，以達到調節再熱蒸汽溫度之目的，管式空氣預熱器單獨布置在鍋爐后部的尾部煙道內。

1.3 空氣預熱器概況

空氣預熱器為單級布置，由上段、中段和下段組成。上段和中段為管式空氣預熱器，由? 40 mm×1.5 mm有縫鋼管組成，同一標高布置16個管箱，沿高度方向布置2組，高度分別為7.0 m和3.5 m，每個管箱由1709根管子組成，管子采用錯列布置。

由于管式空氣預熱器自身存在換熱效率較低、漏風量較大的缺陷，天津軍糧城發電有限公司于1999年7月將低溫段管式空氣預熱器更換為熱管式空氣預熱器(20個管箱)。熱管式空氣預熱器由箱體、熱管管束、中隔板組成。箱體分為兩側:一側流體為煙氣，一側流體為空氣，煙氣和空氣由中隔板隔開。

隨著運行時間的增長，熱管式空氣預熱器出現了磨損嚴重、換熱效率下降、漏風增大的問題。天津電力科學研究院對不同負荷下的空氣預熱器進行了試驗，空氣預熱器煙氣溫降、空氣溫升數據見表1，空氣預熱器漏風系數見表2(右側熱管式空氣預熱器進口沒有測點，無法測量)。

由試驗結果可知:

(1)在負荷為180～210 MW的3個試驗工況下，上、中段空氣預熱器和熱管式空氣預熱器煙氣側溫降趨勢基本一致。空氣預熱器中段煙氣溫降為82～91℃，上段空氣預熱器煙氣溫降為69～76℃，熱管式空氣預熱器煙氣溫降為31～38℃，表明熱管式空氣預熱器大部分熱管磨損比較嚴重，導致換熱效果極大減弱。

(2)3個試驗工況下空氣預熱器各段空氣側的溫升趨勢基本一致，上、中段空氣預熱器溫升為291～296℃，熱管式空氣預熱器空氣側的溫升為7℃ 左右，從空氣側再次表明熱管式空氣預熱器換熱效果變差，整體已處于失效狀態。

(3)上、中段空氣預熱器漏風系數均小于0.04，符合電廠規定的每段為0.05的標準，熱管式空氣預熱器的漏風系數較大。

表1 空氣預熱器煙氣溫降、空氣溫升數據 ℃

表2 空氣預熱器漏風系數

2 施工技術方案

針對#7鍋爐熱管式空氣預熱器的實際狀況，天津軍糧城發電有限公司決定利用機組大修機會對熱管式空氣預熱器進行整體更換。

2.1 現場概況

該機組低溫段熱管式空氣預熱器由20組管箱組成，每個管箱質量約7.69 t，外形尺寸為4 378 mm×1422mm×1650 mm，為臥式布置，帶有一定的角度，傾斜角度為15°。此次施工主要工作內容為管箱(20組)的拆除與安裝，采用整體吊裝、倒位平移的起重搬運方式，總質量約為300t。由于鍋爐尾部煙道空間位置狹小，中溫段空氣預熱器與熱管式空氣預熱器距離較近(約2.3m)，為此次施工吊點的選擇及布置方式帶來了很大的難度。

2.2 施工技術方案

2.2.1 制作管箱運輸用平車

平車用于管箱在拆除與安裝中的運輸。要求平車必須能承受單個管箱的重量，外形尺寸與熱管管箱一致，四周設置定位裝置，防止管箱運輸過程中滑動移位。平車高度必須滿足管箱裝載后整體高度小于下部煙道橫向支撐梁。

2.2.2 加裝起重附加梁

(1)附加梁(工字鋼)安裝在中溫段空氣預熱器底部管板平面上，分前、后側，每組各加裝2根，每根鋼梁上安裝手拉行車(30 kN)2個、手拉葫蘆(30 kN)2個，共計4組。

(2)起重附加梁加固。中溫段空氣預熱器每組管箱寬度為1.6 m，每根附加梁加裝托板4～6塊(間距為1.5 m)，托板用24～26 mm厚的鋼板制成，進行角焊，加固。

2.2.3 風箱、煙道的拆除

(1)現場確定管箱行走位置，以確定是從中部或前、后部運送管箱。

(2)做通道定位線，逐層定位，用于拆除下部風箱。

(3)確定空氣預熱器下部煙道、風室位置后，拆除用于上、下運輸管箱的通道。

2.2.4 管箱水平倒位程序

以其中一組管箱為例(如圖1所示)，將#5管箱向乙側平移至中間梁上，將#4箱前側平移，同時將#3管箱也向右側平移，留出位置，將#2管箱水平旋轉90°后，從下部起吊運出現場。

圖1 管箱水平倒位程序

2.2.5 上、下垂直起吊

由于中溫段空氣預熱器與低溫段空氣預熱器的距離只有1154 mm，垂直起吊的距離不足，故采用在高、中溫段空氣預熱器中間加裝起重支撐梁，安裝雙滑輪，穿過空氣預熱器管子，連接動滑輪的方法。

0 m安裝卷揚機配合導向滑輪，進行垂直吊裝;加裝吊鉤限位器，保證施工安全。采用30 kN卷揚機、100 kN 2－2滑輪組、導向滑輪2個，起重主繩為? 15.5 mm。

設計專用吊抓，在管箱吊裝過程中緊固住管箱。

2.3 各部位強度校核計算

2.3.1 附加梁的強度計算

#18工字鋼許用正應力［σw］=100 MPa;管箱質量約8t，每組4個吊點，每個吊點受力20kN;查表可知，#18工字鋼的彎曲截面系數Wz=185 cm3。

Fmax=4Wz［σw］/L ，計算后，Fmax≈50 kN。

2個吊點受力為40 kN＜50 kN，可用。

附加梁實際應力

σmax=FL/(4Wz)，計算后，σmax=81MPa＜100 MPa，可用。

2.3.2 上、下起重方式

采用30kN卷揚機、100kN 2－2滑輪組、導向滑輪2個，起重主繩為? 15.5 mm。

式中:F為鋼絲繩的允許最大使用拉力;Fb為鋼絲繩的破斷拉力;K為安全系數。

Fb=0.5 d2=120.125(kN)，F=Fb/K=120.125/6=20.02(kN)，2－2滑輪組的拉力Fl=80/4=20(kN)，F ＞Fl，可用。

2.3.3 鋼絲繩的選用

鋼絲繩受力情況如圖2所示。

繩索實際受力

? 25mm鋼絲繩的破斷拉力Fb=0.5d2=312.5(kN)，鋼絲繩受力F=Fb/K=53(kN)，F ＞ Fs，可用。

2.4 施工的安全措施

(1)所有施工人員必須了解本項工作內容及工作程序要求，熟悉工作危險源點的位置和安全防范措施。落實每個人的安全責任制，分工明確，責任和措施到位。

(2)工作現場要保持清潔，無障礙物，四周應用護欄封閉，掛警告牌，護欄擺放應整齊規范，不經許可任何人不準移動。

(3)工作現場應有充足的照明，指揮人員應能清楚看到工作點，起重操作人員應能清楚看到指揮人員，否則不準進行起重工作(必要情況下，使用對講機指揮)。

(4)每天工作前要檢查起重機械、起重工具、鋼絲繩和吃力點(吊點)，確認無誤后方可工作。起重機械在使用前必須認真檢查制動器、限制器等安全裝置。

(5)起重工作應有統一的指揮信號并指定專人指揮，起重操作人員應根據指揮人員的信號來進行操作，操作人員看(聽)不到信號，不準操作。

(6)在起重工作區域內，與工作無關的人員禁止入內，起重機在吊物時，任何人不準在起重工作區域內行走或停留;起重工作時，工作現場要設監護人。

(7)起吊重物不準長時間懸在空中，暫時懸在空中時，禁止操作人員離開或做其他工作。

2.5 質量控制

(1)各管箱傾斜角度必須嚴格控制，偏差應控制在0.5°之內。

(2)各管箱前、中、后部墊鐵應固定牢固，膨脹段應墊實，無卡阻。

(3)各管箱相對位置調整后偏差應小于10 mm。

(4)各管箱連接處應滿焊，保證嚴密不漏。

(5)煙、風道分隔處應滿焊，保證嚴密不漏。

(6)煙道、風道及空氣預熱器管箱應整體加固，防止產生振動。

2.6 其他措施

(1)加強預熱器進出/口煙道、風道漏風的檢查，對漏風處進行處理。

(2)與中溫段連接處煙道、風道應進行加固處理。

(3)對高、中、低溫段空氣預熱器進行壓風找漏，尤其要對管子內部(套管)、伸縮節處、煙風道角部等易漏位置進行堵漏。

3 改造后的效果

空氣預熱器更換前、后主要試驗數據見表3。

3.1 煙氣、空氣側溫度變化

熱管式空氣預熱器整體更換后，空氣預熱器各段受熱面的換熱比例產生了變化，熱管式空氣預熱器煙氣溫降比修前提高了70℃，空氣溫升提高了113℃;高溫段管式空氣預熱器煙氣溫降比修前下降了13～26℃，中溫段空氣預熱器煙氣溫降比修前增加了16℃，空氣溫升下降了90℃。高、中、低溫段空氣預熱器換熱比例趨于合理，熱管式空氣預熱器整體換熱能力明顯提高。

3.2 熱管式空氣預熱器漏風

從表3的數據可以看出，熱管式空氣預熱器和近10 m煙道的左側漏風系數與修前相比降低了0.16，降低幅度很大，說明漏風治理工作非常有效。

表3 空氣預熱器更換前、后主要試驗數據對比

3.3 經濟效益

3.3.1 空氣預熱器漏風率

電負荷200MW試驗工況下漏風率下降0.16，根據200MW機組漏風率每降低0.01煤耗可降低0.15 g/(kW·h)計算，改造后煤耗降低2.4g/(kW·h)。

3.3.2 排煙溫度

電負荷200 MW和180 MW 2個試驗工況的排煙溫度與修前相比下降了16℃，表明熱管式空氣預熱器更換后換熱效果有較大幅度的提高。根據200 MW機組排煙溫度每降低10℃煤耗可降低2.1 g/(kW·h)計算，改造后煤耗降低3.3 g/(kW·h)。

以上數據表明，熱管式空氣預熱器更換后的運行狀況得到明顯改善，達到了預期的效果。

［1］天津市電力科學研究院.天津軍糧城發電有限公司空氣預熱器改造試驗［R］.天津:天津市電力科學研究院，2008.

［2］天津市電力科學研究院.天津軍糧城發電有限公司#7鍋爐大修后熱力試驗［R］.天津:天津市電力科學研究院，2008.