鍋爐受熱面改造對鍋爐減溫水量的影響

樊江濤（大唐韓城第二發電有限責任公司,陜西　韓城　715400）

鍋爐受熱面改造對鍋爐減溫水量的影響

樊江濤
（大唐韓城第二發電有限責任公司,陜西韓城715400）

通過分析大唐韓城第二發電公司3號機組運行中管壁超溫、減溫水量大的原因，提出鍋爐受熱面的改造方案，鍋爐受熱面改造后，達到降低鍋爐減溫水量，提高主蒸汽溫度的目的，從而改善機組循環熱效率，同時，受熱面管壁溫度大幅度降低，提高了鍋爐的安全性。

管壁超溫；減溫水量大；受熱面；過熱器；再熱器

0　前言

大唐韓城第二發電公司3號鍋爐投運以來長期由于屏過管壁超溫，存在過熱器減溫水量大、主汽溫度低，再熱減溫水量大等問題。對鍋爐的安全性、經濟性造成影響，通過對國內同類型機組調研和分析，原因為鍋爐結構設計不合理；鍋爐實際燃用煤種和設計煤種有較大差異引起，經過鍋爐受熱面的改造，解決了安全、經濟問題，對國內同類型鍋爐的改造有借鑒作用。

1　設備概況簡介

（1）大唐韓城第二發電有限責任公司Ⅱ期2×600MW汽輪發電機組，鍋爐為亞臨界、單爐膛、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、尾部雙煙道、全鋼懸吊型結構、半封閉布置的自然循環汽包爐。鍋爐汽包設計壓力19.82MPa，額定蒸發量為1923.7t/h，額定蒸汽溫度541℃。設計主燃料為韓城當地煤，低位發熱量20260kJ/kg。

（2）爐膛燃燒方式為正壓直吹式制粉系統，燃燒器采用前、后墻對沖布置。前（C、D、E磨）、后墻（A、B、F磨）上各3層，每層5只旋流式軸向低NOx煤粉燃燒器和相應的油點火器。在頂層燃燒器上方布置一層燃燼風，前、后墻各5只。過熱蒸汽汽溫主要靠一、二級噴水減溫器調整，共布置有兩級四點。再熱蒸汽汽溫主要依靠設置在尾部分煙道底部的調節擋板裝置來調節。并在冷段再熱器入口導管上裝設了兩只事故噴水減溫器。

2　改造分析

（1）鍋爐結構設計時采用的熱負荷指標不合理，導致爐膛設計偏小及爐膛高度偏低。設計煤種的含硫量＞1.5%，應該采用較小的爐膛容積放熱強度qv及斷面放熱強度qF（即爐膛小了），而這兩個數值在設計時采用了推薦上限值的均值。燃盡區高度h1的取值達到了推薦下限值的下限，明顯偏低，說明燃盡區高度不足，不利于煤粉的燃盡。這些因素直接導致鍋爐蒸發受熱面布置不足。

（2）導致鍋爐運行異常的根本原因是受熱面的布置與熱負荷分配不合理，不同負荷下鍋爐蒸發受熱面吸熱量及吸熱比率比設計值低，低溫過熱器和末級過熱器吸熱量及吸熱比率比設計值高等，這說明鍋爐設計時對鍋爐進行性能核算采用的相關經驗系數，如爐膛灰污系數、燃燒中心高度系數、輻射換熱系數及對流換熱系數等的取值及計算不當，導致各受熱面的設計熱負荷分布與實際偏差過大。典型的表現是，各負荷下鍋爐實際給水溫度比設計值高6～12℃時，最終導致使用大量的過熱器減溫水。

（3）造成鍋爐過熱器管壁超溫的原因有很多，比如煙氣流場及溫度場偏差、工質流量及偏差等等。鍋爐的實際運行情況進行分析后認為，造成鍋爐高溫過熱器金屬管壁超溫的主要原因是由于蒸發受熱面的產汽量不足，導致過熱器系統內工質流量偏少而造成工質溫度偏高，如100%和75%THA時實際運行中低溫過熱器的吸熱量比設計值大很多，50%THA時二者相當（但是由于工質流量小于設計值，工質溫升會高于設計值）。這樣，就會造成鍋爐實際運行時，低溫過熱器出口汽溫比設計值大，從而使屏式過熱器內部工質平均溫度偏高，使屏過管壁溫度比設計溫度高，在煙氣流動與溫度偏差的共同作用下在管壁局部就容易發生超溫現象。

（4）導致過熱器減溫水量大的主要原因有兩個：一是由于鍋爐實際運行中蒸發受熱面的吸熱量比率比設計值小，根本原因是鍋爐受熱面布置不合理，省煤器布置偏少導致省煤器出口溫度偏低使爐膛水冷壁的產汽能力不足，同時由于鍋爐主汽溫度和再熱器溫度都不得不在欠溫的條件下運行，為了維持汽輪機組的正常出力，就必須加大減溫水量，讓減溫水量彌補產汽量的不足和由于主汽及再熱器欠溫造成的汽輪機出力不足；二是由于設計時低估了低溫過熱器的吸熱能力而使低溫過熱器布置過多，在蒸發受熱面產汽量不足的情況下，必然使低溫過熱器實際出口汽溫比設計值大，也必然造成后續高溫受熱面金屬管壁超溫，因此需要大量的過熱減溫水將屏式及高溫過熱器內部工質的溫度降下來，同時在一定程度上降低主汽溫度，以保證高溫換熱器金屬管壁溫度在其可承受的溫度范圍內。

（5）設計減溫水量一、二級相當，而實際運行時，減溫水只在屏過入口前噴，即只有一級減溫水，而且100%THA 和75%THA負荷時減溫水量相對于設計計算結果要大很多。100%THA和75%負荷時，運行中低溫過熱器出口汽溫要比設計計算的結果高，這會造成屏式過熱器內蒸汽的溫度比設計值高，從而造成屏式過熱器管壁溫度比設計的高。其根源是進入低溫過熱器的蒸汽流量不足低過受熱面布置過多，從而造成流量偏少、溫度偏高的蒸汽對屏式過熱器的冷卻不足而超溫的結果。100%THA和75%THA，實際運行時鍋爐低溫過熱器吸熱量所占比率比設計值大很多，而各個負荷下蒸發受熱面吸熱量卻比設計值小。同時，末級過熱器的吸熱量比設計值要大很多，再熱器的吸熱量運行比設計小。由于末級過熱器吸熱量比設計值大，所以在工質流速和流量基本相同的情況下，末級過熱器的管壁溫度就要比設計的高一些，容易造成管壁超溫。由于鍋爐實際燃燒煤種中的灰分含量較設計煤種多，這可能會使換熱器的灰污程度比設計的嚴重。在屏式過熱器和末級過熱器內的工質溫度一定時，灰污越嚴重，管壁的平均熱阻就越大，壁溫一般就會越高。

（6）所有負荷下，屏式過熱器的吸熱比例都比設計的吸熱比例小，而末級過熱器的實際吸熱比都比設計值高很多。這說明鍋爐設計時對鍋爐進行性能核算采用的相關經驗系數的取值不當，導致各受熱面的設計熱負荷分布與實際偏差過大。所有負荷下，鍋爐的燃煤量都比對應的設計燃煤量多，平均多30t/h左右，部分煤耗增加是由于鍋爐機組降參數運行導致效率降低而使煤耗增加，也說明實際燃用煤種和設計煤種有一定差異，但是這個差異不至于嚴重改變受熱面的熱負荷分布。燃煤量的增加會導致爐膛出口煙氣溫度升高，末級過熱器正好布置在爐膛出口附近，在升高后的爐膛溫度及偏少的過熱蒸汽流量的共同作用下，末級過熱器的吸熱比例會較設計值有較大提升。

3　解決方案

由于鍋爐實際燃用煤種和設計煤種有較大差異，從而導致了鍋爐實際運行中的燃煤量比設計的燃煤量大，煙氣產量大，導致爐膛內輻射吸熱減少，使水冷壁和屏式過熱器吸熱減少；造成爐膛出口煙氣溫度升高，使布置在爐膛出口附近的末級再熱器吸熱量較設計值增加，使得尾部煙道對流受熱面吸熱量增加，從而使低溫過熱器和低溫再熱器出口汽溫較設計值升高，使得屏式過熱器和高溫再熱器內部工質溫度偏高，對屏過和高再的管壁冷卻效果不夠，造成管壁金屬超溫，因此只能降參數運行以保證機組運行的安全性。對此，可以適當減少尾部煙道的低溫再熱器和低溫過熱器的受熱面積，以減少低溫過熱器和再熱器的吸熱量，降低屏過和高再的入口汽溫。同時增加省煤器的受熱面積，以彌補爐內水冷壁因煤種差異造成的吸熱不足，在原來的基礎上增加蒸發產汽量，以達到避免管壁金屬超溫、降低減溫水量的目的。

4　改造受熱面方案

在原受熱面布置的基礎上，其他受熱面不變，將低再側省煤器縱向增加12排,并將增加部分的光管變為膜式換熱器；將低溫過熱器受熱面總共去掉5圈（40排），并將低溫過熱器最下面一組變為省煤器。即低再面積不變，低過換熱面積減少一半25086-8362-2787=13937m2，低過側省煤器增加8362m2，低再側省煤器增加2982m2。見圖1。

5　受熱面改造前后減溫水流量對比

600MW過熱器減溫水（T/H）　主汽溫度(℃)再熱器減溫水（T/H）再熱汽溫度　(℃)改造前　300-320　530-535　30-40　530-535改造后　200-230　535-540　0-10　535-540 450MW過熱器減溫水（T/H）　主汽溫度(℃)再熱器減溫水（T/H）再熱汽溫度　(℃)改造前　280-300　530-535　10-20　530-535改造后　210-230　535-540　0　532-540 300MW過熱器減溫水（T/H）　主汽溫度(℃)再熱器減溫水（T/H）再熱汽溫度　℃)改造前　150-180　530-535　0　530-535改造后　100-120　535-540　0　535-540

[1]《二期鍋爐改造可行性分析報告》[R].

[2]《二期鍋爐設備說明書》[S].

[3]陜西大唐韓城第二發電有限責任公司《受熱面改造可行性項目書》[R].