某亞臨界鍋爐墻式輻射再熱器技術改造

唐勇，李嘉康，潘豐，季益冰

(1.河北大唐國際張家口熱電有限責任公司，河北張家口075000；2.江蘇駿辰能源科技有限公司，江蘇張家港215627)

某熱電廠有2臺亞臨界HG-1025/17.5-YM33鍋爐，機組分別于2009年11、12月投產運行。鍋爐設計為一次中間再熱、自然循環汽包爐，采用單爐膛平衡通風、四角切圓燃燒方式，設計燃料河北煙煤。鍋爐以最大連續負荷為設計參數，最大電負荷為333MW；機組額定電負荷為300MW時鍋爐的額定蒸發量為960 t/h；再熱蒸汽進口壓力3.42 MPa，出口3.58 MPa；再熱器溫度出口541℃，進口324℃；給水溫度為275.4℃。該鍋爐自投運以來，存在再熱蒸汽欠溫、屏式過熱器壁溫度超溫和過熱器減溫水量大等問題，影響機組安全性和經濟性。

1 鍋爐投運后出現的問題

（1）再熱器蒸汽欠溫。在運行燃燒調整時，為提高再熱器蒸汽溫度，向上擺動燃燒器噴嘴時還會發生后屏過熱器金屬壁溫超溫，容易爆管，嚴重威脅機組安全；由于后屏過熱器金屬壁溫的限制給燃燒調整帶來很大的局限性，為保證后屏過熱器不超溫，只有降低擺動火嘴角度，在150MW低負荷情況下再熱蒸汽欠溫可達30℃以上，分析是鍋爐再熱器吸熱量不足導致。因此，必須調整再熱器受熱面，使高溫煙氣熱量盡量被有效利用，降低后屏升溫壓力和排煙溫度。

（2）再熱器兩側溫度偏差大。2臺爐再熱器蒸汽溫度兩側偏差都大，最高可達30℃，可能是熱量分布吸收不均勻所致。究竟是管路堵塞造成流量下降影響局部傳熱效果，還是計算誤差導致分布熱量偏差，需要重新核算。

（3）過熱器減溫水量大，煤耗增加。某日4個運行班鍋爐減溫水量為35.6～57.5 t/h，2臺鍋爐實際減溫水量高出設計值20～37 t，將增大發電煤耗。再熱器減溫水量對經濟性的影響可按以下方法簡單計算：300MW機組每100 t/h再熱器減溫水增加5 g/（kW·h）的發電煤耗，上述減溫水量約增加1.5～2.5 g/（kW·h）的發電煤耗，單臺機按年運行6000h、250MW負荷計算，共增加標煤消耗3000t。鍋爐改造前某一時刻實際有關運行參數如表1所示，300MW負荷下再熱器出口溫度比設計值低6.7℃。

2 墻式輻射再熱器改造方案

針對以上問題，作者對鍋爐整體受熱面結構進行了校核計算[1]，發現再熱器系統的受熱面積偏小，采用增加墻式輻射再熱器的換熱面積試圖改善再熱汽欠溫的問題。該型鍋爐的再熱器系統分為3個部分：墻式輻射再熱器、后屏再熱器和末級再熱器。墻式輻射再熱器布置在水冷壁前墻和水冷壁側墻靠近前墻的部分，受熱面高度為18.959 m,其最下端在分隔屏下3.353 m。前墻輻射再熱器有224根D50mm管子，兩側墻輻射再熱器共有196根D50mm管子，以節距50.8mm沿水冷壁表面密排而成。后屏再熱器位于后屏過熱器和水冷壁懸吊管之間，一共30屏，管徑D63mm，以457.2mm橫向節距沿寬度方向布置。末級再熱器位于水平煙道內，在水冷壁后墻懸吊管和水冷壁排管之間，一共有60屏，管徑為D63mm，以228.6mm橫向節距沿爐寬方向布置。

鍋爐再熱器技術改造根據文獻[2]從墻式輻射再熱器入手。墻式輻射再熱器采用D51×4的12Cr1MoVG管子，總計420根。為了簡化施工，降低改造成本，該次改造中采用受熱面管件探入爐膛內的結構形式，將墻式輻射再熱器受熱面過渡連接的管子切除一部分，用新制作的U型彎管件連接完成過渡（如圖1所示）。如果采用輻射再熱器入口集箱向下方移動，并以此方式延伸輻射再熱器管的方法會增大施工量并涉及到再熱器管道的重新布置，造成施工難度和工作量增大。入口集箱的管座（D63×4.5，材質20G）與爐內U型管件（D51×4.5，12Cr1MoVG）焊接需要經過一個異徑接頭，該異徑接頭與爐內的U型管件在出廠前完成焊接工作，施工時每根管件只需焊接兩道焊口。改造后墻式輻射再熱器部位的水冷壁管件尺寸、形狀也需要改變，重新設計并更換鍋爐前側及左、右側水冷壁異型管件142根。所有新增焊口均進行100%射線檢驗。

施工中墻式輻射再熱器入口集箱的位置及其他附屬結構不發生變動，原設計中安裝的保溫、密封及化妝板，改造后全部從新恢復。

表1 鍋爐改造前某一時刻實際運行參數

3 改造后鍋爐燃燒調整試驗

2號機組大修投運后，華北電科院對其進行燃燒調整試驗。墻式輻射再熱器改造完成后爐內的燃燒工況有非常良好的改進效果，改造后的實際運行數據表明，屏過金屬壁溫和過熱器的減溫水量均得到較好的改善，有效提高了再熱器汽溫（如表2和表3所示）。試驗期間未摻燒褐煤，全部采用河北蔚縣煙煤，其煤質為：全水分18.6%，灰分26.38%，揮發份27.36%，固定碳41.99%，低位發熱量16.87MJ。采用正塔型的配風方式以強化爐內燃燒，以增加新增墻式輻射再熱器受熱面的吸熱能力。

表2 2011年7月5-6日平均入爐煤主要參數

（1）低負荷下再熱器溫度同比提高。150MW負荷下，通過配風調整再熱汽溫提高到530.0℃，相比原來提高12℃；200MW負荷下，再熱汽溫提高到535.0℃，相比提高7℃。上述再熱汽溫的運行條件為：屏過出口過熱器壁溫不超過570.0℃，氧量比正常配風低0.5%，再熱器汽溫上下有波動，但可持續，NOx排放濃度基本不變。

（2）一、二次風溫升比改造前提高。從表3爐煙溫度和空預器溫度看，2號爐空預器入口煙溫比未改造前略低，墻式輻射再熱器面積增加后爐膛吸熱增加，對爐后的煙溫略有影響。空預器檢修時進行了水沖洗，受熱面干凈，堵塞減少，煙氣的差壓也小，所以一、二次風的溫升2號爐均大于1號爐，鍋爐熱效率高于1號爐。對2號爐而言，1號爐負荷低1%，煤量高5.3%。300MW負荷下，2號爐一次風溫升提高了4.0℃；空預器進口溫度2號爐比1號爐還低約3℃，但2號爐二次風溫升比1號爐高多11℃。

（3）金屬壁最高溫度和再熱器兩側溫差下降。300MW電負荷下，2號爐屏過最高壁溫518.1℃，較改造前最高壁溫1號爐556.8℃下降了38℃。150MW負荷下，2臺爐燃燒器擺角保持在16%時，2號爐左右側再熱器出口溫差降低了10℃。改造前，左側481.9℃，右側502.6℃，平均為492.3℃；改造后，左側494.4℃，右側509.8℃平均為502.1℃，通過配風調整再熱汽溫可以提高到530.0℃。

（4）改造后過熱器的減溫水量變化如表4所示，在負荷基本相同下，同時間相比，過熱蒸汽減溫水總量，2號爐明顯降低了19 t/h。

表3 空氣預熱器入和出口煙氣溫度等參數對比

表4 改造后過熱器的減溫水量變化（同一時刻）

4 結束語

某熱電公司2號鍋爐墻式輻射再熱器的改造和運行方式優化調整，在保證后屏過熱器金屬壁溫不超過570.0℃的條件下，再熱蒸汽出口溫度可達到530.0～540.0℃，較改造前提高20℃，供電煤耗降低1.6g/（kW·h），年節省標煤3000t左右，標煤按620元/t，每年可節省186萬元；同時也減少了汽輪機因再熱汽過熱度不夠而產生的末級葉片沖蝕的危險，可供同類機組再熱器改造參考。

[1] 前蘇聯全蘇熱工研究所(BTN)，中央鍋爐透平研究所(UKTH).鍋爐機組熱力計算一標準方法[M].北京：機械工業出版社，1978.

[2] 陳聽寬.鍋爐原理[M].北京：機械工業出版社，1979.