DG670/13.7-8鍋爐低溫再熱器改造

張林仙，何春生

(1.湖北理工學(xué)院，湖北 黃石 435003；2.湖北西塞山發(fā)電股分有限公司，湖北 黃石 435002)

1 鍋爐概述及存在問題

某電廠200MW機(jī)組鍋爐是東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的DG670/13.7-8型鍋爐，鍋爐型式：超高壓、自然循環(huán)汽包爐、單爐膛、一次中間再熱、單鍋筒Ⅱ型結(jié)構(gòu)、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、鋼筋混凝土構(gòu)架、懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置燃煤鍋爐；鍋爐原低溫再熱器結(jié)構(gòu)為臥式π型布置，四圈繞的管圈，110排，蛇形管規(guī)格：φ42×3.5，材質(zhì)為12Cr1MoVG，總重量為19.6t.該鍋爐具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)。

實(shí)際運(yùn)行中存在的主要問題：

1)再熱汽溫偏低

該型鍋爐自在該公司投產(chǎn)運(yùn)行以來，一直存在再熱器出口汽溫偏低，達(dá)不到540℃設(shè)計(jì)要求。該公司在2004年一次大修中進(jìn)行了低溫再熱器的改造，增加了一組四圈繞的管圈，臥式π型布置，在運(yùn)行初期再熱汽溫能達(dá)到540℃。經(jīng)過幾年8年運(yùn)行后，再次出現(xiàn)再熱汽溫達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2)受熱面管壁超溫，排煙溫度偏高從目前運(yùn)行情況看，由于鍋爐實(shí)際燃用的煤質(zhì)較差，加上鍋爐吹灰系統(tǒng)不能正常投入使用，最為嚴(yán)重的是低溫再熱器經(jīng)過長期運(yùn)行，原抽出的管道行程增加，阻力也隨之增加，而且管道內(nèi)蒸汽流量分配不均勻，出現(xiàn)了增加部分的受熱面管壁超溫情況，現(xiàn)在的局部壁溫達(dá)620℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過12Cr1MoVG的允許溫度(其允許溫度為580℃)，導(dǎo)致增加部分受熱面最上部管材出現(xiàn)嚴(yán)重球化現(xiàn)象，在2011年6月的一次停機(jī)檢查中發(fā)現(xiàn)并更換球化嚴(yán)重的管段34根。目前運(yùn)行部門采取了控制壁溫的運(yùn)行方式，但再熱汽溫只能保證在500℃到520℃之間，并且排煙溫度偏高，使得鍋爐煤耗增加，經(jīng)濟(jì)性下降，嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。具體見鍋爐運(yùn)行參數(shù)(表1)和煤質(zhì)成分(表2)。

表1 鍋爐運(yùn)行負(fù)荷參數(shù)

表2 鍋爐煤質(zhì)成分

2 原因分析

2.1 低溫再熱器超溫爆管原因分析[1]

1)該鍋爐低溫段再熱器在2004年大修中所增加的受熱面僅通流一部分的再熱蒸汽，其布置為在低再爐內(nèi)最上層4根直管中部切斷，上部加裝近600m2的受熱面，下層4根管段的蒸汽流程不變。改造后即存在低再受熱面受熱不均，外圈4根管換熱量較大的情況，是造成低再受熱面超溫主要原因。

2)因加裝的受熱面為非均勻布置，上層4根管的蒸汽流程較長，每根管彎頭較下層多出8個，存在的蒸汽流程阻力較大，壓降較高，造成蒸汽流量偏小的情況，因此低再受熱面內(nèi)的蒸汽流量偏差則是造成受熱面超溫的根本原因。

3)該鍋爐為四角切圓鍋爐，一次風(fēng)及三次風(fēng)均為#1、3角對切，#2、4對沖的方式，三次風(fēng)未采用反切消旋方式，因此從鍋爐的設(shè)計(jì)上即存在煙溫偏差的問題，從現(xiàn)場儀表記錄來看，煙溫偏差最大時，甲側(cè)煙溫較乙側(cè)高近100℃，這與大修后的低再管壁溫度分布情況也是相對應(yīng)的。因此，煙溫偏差則是造成低再受熱面超溫爆管的次要原因。

4)為解決管壁超溫，運(yùn)行中的減溫水量偏大，造成運(yùn)行中平均再熱蒸汽溫度偏低。

2.2 導(dǎo)致排煙溫度升高的原因分析[2]

1)煤質(zhì)變化的影響：由于當(dāng)前該公司使用的煤種來源比較復(fù)雜，煤質(zhì)較差，主要體現(xiàn)在揮發(fā)份較低，灰分偏高，發(fā)熱值偏低。當(dāng)燃燒揮發(fā)分偏低的煤種時，煤粉在爐內(nèi)要有足夠的停留時間，即頂層一次風(fēng)噴口到屏底的距離要足夠，才能使煤粉燃燒充分，保證爐膛出口煙溫在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。從鍋爐的實(shí)際的燃用煤種來看，煤的揮發(fā)份比設(shè)計(jì)低5%，發(fā)熱值偏低，乙側(cè)低溫再熱器進(jìn)口煙溫只有690℃，甲側(cè)低溫再熱器進(jìn)口煙溫684℃，實(shí)際的吸熱量不足，加上低溫再熱器受熱面偏少，為了保證再熱器的參數(shù)，只有將擋板的開度加大，造成排煙溫度偏高。

2)受熱面的污染：造成鍋爐排煙溫度偏高的另外一個重要原因是鍋爐的吹灰器未投，預(yù)熱器和省煤器不能有效的吸熱，使得受熱面上的積灰增加，積灰增加引起受熱面的粘污系數(shù)增加，降低受熱面的傳熱。尾部煙氣在煙道內(nèi)的分配不均勻(煙道設(shè)計(jì)有問題)，各段受熱面的吸熱沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值，使下級下組空氣預(yù)熱器出口的煙氣溫度增加。

3)在正常的條件下，過熱器側(cè)的煙氣流量隨鍋爐負(fù)荷的增加而增加，再熱器側(cè)的煙氣流量隨鍋爐負(fù)荷的增加而減少。該爐的熱力計(jì)算中，B-MCR工況下，設(shè)計(jì)的再熱器側(cè)的煙氣量為總量的42.5%.而在實(shí)際運(yùn)行時，由于受熱面偏少，為了保證再熱汽的溫度，再熱器側(cè)煙氣調(diào)節(jié)擋板全開的，而過熱器側(cè)的開度為50%，流量的分配是再熱器側(cè)的煙氣量為總量的70%以上。使得前煙道的煙氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，煙速高，使高溫段的再熱器管子超溫，低溫段的管子的磨損速度加快，特別是管排出列的管子更容易磨損爆管。灰分增加會進(jìn)一步使低溫段受熱面的磨損加快。

3 低溫再熱器改造的施工方案[3]

經(jīng)過對鍋爐改造前后進(jìn)行整體的熱力計(jì)算后，提出采取立式布置8根繞管的改造方案，并按以下方案進(jìn)行具體施工。

1)在原設(shè)計(jì)的上組低溫再熱器的上面增加一部分垂直段受熱面，八根管子全部抽出，高度約為4300，增加計(jì)算受熱面積約800m2，受熱面的一部分位于水平煙道出口，換熱效果好，充分吸熱，一部分在前煙道內(nèi)。改造后，可使再熱器側(cè)和過熱器側(cè)的煙氣流量分布更加合理，經(jīng)計(jì)算，B-MCR工況下，再熱汽溫達(dá)到540℃，再熱器側(cè)的煙氣流量為42.5%，即：運(yùn)行時，再熱器側(cè)的擋板開度約50%(B-MCR工況)以下，過熱器側(cè)全開，使得尾部煙氣擋板的再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)作用更加有效。本改造的方案采用八根管子全部抽出的立式布置，既避免了管子的阻力不均，造成蒸汽的分配不均勻，又避免了增加部分的低溫再熱器上組管子的超溫和爆管。

2)在原設(shè)計(jì)的上組低溫再熱器的上面增加一部分垂直段受熱面，八根管子全部抽出，立式布置，高度約為4000mm，增加計(jì)算受熱面積約800m2，受熱面的一部分位于水平煙道出口，換熱效果好，充分吸熱，一部分在前煙道內(nèi)。改造后，可使再熱器側(cè)和過熱器側(cè)的煙氣流量分布更加合理，經(jīng)計(jì)算，B-MCR工況下，再熱汽溫達(dá)到540℃，再熱器側(cè)的煙氣流量為42.5%，即：運(yùn)行時，再熱器側(cè)的擋板開度約50%以下，過熱器側(cè)全開，使得尾部煙氣擋板的再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)作用更加有效。

3)本次改造的方案采用八根管子全部抽出的立式布置方案，既避免了管子的阻力不均，造成蒸汽的分配不均勻，又避免了增加部分的低溫再熱器上組管子的超溫和爆管。

4)原設(shè)計(jì)低溫再熱器為42×3.5蛇行管束，橫行節(jié)距S1為107.5mm，共110排。將低溫再熱器出口段管子向上拉起，高度4000mm，突起部分增加吊掛裝置，將這部分增加的荷載傳遞到頂板上，增加的蛇形管吊掛裝置從后豎井前煙道中間位置穿過頂棚，此處需割除頂棚扁鋼，并進(jìn)行現(xiàn)場密封，頂板上焊接吊梁，選用剛性吊架。

5)充分考慮檢修的要求，在側(cè)包墻水冷壁上每側(cè)加兩個檢修人孔門。

6)采取有效的防磨措施，采用在向火面加防磨蓋板，設(shè)加強(qiáng)型管夾將增加的管排定位，保證管排的平整度，防止管子出列。

7)增加的豎直受熱面部分，采用T91材料，T91與12Cr1MoVG連接處，加異種鋼接頭。由于T91材料對焊接和彎曲很敏感，管屏制造完畢后，進(jìn)行整體熱處理，消除焊接殘余應(yīng)力和彎曲殘余應(yīng)力。

8)改造的范圍：出口端在出口管排穿墻后500mm(出前包墻500mm)，入口端的#8管子在距中隔墻500mm。#1～#8管口進(jìn)口側(cè)以45°方向依次排列，出口側(cè)垂直布置。

4 改造后的效果

改造后低溫再熱器達(dá)到了較好的性能要求，具體見改造前后鍋爐運(yùn)行參數(shù)的對比(見表3)。1)保證機(jī)組在160MW及以上負(fù)荷，再熱器入口汽溫300℃時，再熱器出口汽溫達(dá)到 ℃，再熱器擋板有調(diào)節(jié)裕度；2)機(jī)組在110MW及以上負(fù)荷，再熱器入口汽溫280℃時，再熱器出口汽溫達(dá)到535℃；3)無論何種工況，低溫再熱器出口壁溫不超溫(12Cr1MoVG管材壁溫不超過560℃， T91管材壁溫不超過610℃)，煙氣速度不超過規(guī)程要求。過熱器汽溫滿足設(shè)計(jì)要求，過熱器噴水有調(diào)節(jié)裕度(過熱器減溫水量控制在5-8T/h),再熱器減溫水量控制在0～2T/h.

表3 改造前后鍋爐運(yùn)行參數(shù)的對比

5 結(jié)論

可見，改造后在200MW負(fù)荷下，再熱蒸汽出口溫度達(dá)到540℃，低溫再熱器出口蒸汽溫度提高到462℃，可以實(shí)現(xiàn)再熱蒸汽的調(diào)節(jié)，因此，改造效果十分明顯，可為解決同類型鍋爐存在的類似問題提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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