全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管省煤器的應用

張日亮 楊賡 覃巍巍 鐘屹

摘 要：簡要介紹了山東黃臺發電廠在7# 鍋爐上采用鎳基釬焊螺旋肋片管省煤器的技術改造工作。該鍋爐的原省煤器采用高頻焊接螺旋肋片管，由于自身的不足以及長期運行磨損和嚴重積灰，導致排煙溫度過高，鍋爐的效率受到很大影響。改造后原來的積灰問題得到了解決，省煤器的傳熱性能大大提高，鍋爐的效率也得到了提高，使用壽命和無故障運行周期也大大延長。經過多年運行的實踐，表明改造非常成功。

關鍵詞：省煤器；螺旋肋片管；釬焊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.033

山東黃臺發電廠7# 鍋爐是日本三菱公司生產的，帶一臺300MW機組，該公司的爐型先進，結構緊湊。自投運以來，由于長期運行和本身設計上的不足，省煤器出現了嚴重的磨損爆管、堵灰和偏流現象，亟待檢修更換。青島新能源科技有限公司于2004年底給山東黃臺發電廠7#鍋爐進行了技術改造；采用全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管代替原來的日本的高頻焊肋片管，改造工作比較成功；從2005年投入運行以來，排煙溫度等技術參數都達到了設計要求，磨損爆管、堵灰及偏流現象基本得到了解決。鍋爐燃燒狀況明顯得以改善，效率提高明顯。

1 原高頻焊肋片省煤器的運行狀況

山東黃臺發電廠7#鍋爐是日本三菱公司生產燃煤鍋爐，帶一臺300MW水冷發電機組。該鍋爐排煙溫度一直偏高，滿負荷情況下，出口溫度達170℃。鍋爐中的省煤器采用高頻焊肋片管形式，長期運行來一直存在偏流、堵灰、磨損爆管等問題，影響了企業的正常生產，給生產管理帶來了很大的不便。在285MW工況下實測，省煤器進出口煙氣溫度之差只有80多℃，比設計值少了約30℃，說明省煤器的實際傳熱量比設計值少了約40%，這是排煙溫度高的主要原因。由于排煙溫度偏高，使鍋爐效率、機組的經濟性明顯降低，煤耗升高，同時，排煙溫度高也無法進行高效率的脫硫。從而引起的鍋爐省煤器經常爆管漏水、漏氣，一旦省煤器發生爆管，鍋爐必須停運檢修，暫停發電，損失巨大[1]。

由于日本能源缺乏，生產的鍋爐結構緊湊，省煤器彎管半徑過小，管子減薄量大，在彎頭部位易于爆管；再者，省煤器采用高頻焊螺旋肋片也對母管有一定的損傷，易于破裂而爆管；高頻焊接螺旋肋片的肋片根部有很多褶皺，高頻焊接只是金屬接觸部分進行了焊接，褶皺部分容易行程積灰，久而久之肋片部分產生堵灰，煙氣就會偏流，彎管部分沒有肋片容易導致過熱，而發生爆管。

運行期間，為了保證生產的進行，該廠定期停爐清理檢查，同時對彎管部分適當增加防磨套。清理工作非常難，工作量大，效果不明顯，由于原設計與生產的自身不足，半個月后，省煤器肋片又開始堵灰，煙道煙氣偏流嚴重，局部彎管溫度高而發生爆管。煙氣偏流問題、爆管現象得不到解決，進而會引起省煤器及后端的空氣預熱器磨損繼續加大；人工清灰也容易引起省煤器管大面積穿管漏水，最后不得不停機檢修。

2 方案的選擇確定

原設計省煤器直管部分已經采用肋片擴展換熱面積，而且結構緊湊。要降低排煙溫度，只能再增加換熱面積或者提高材料的傳熱系數和解決積灰問題。綜合以往的改造經驗，采用了氣體保護熔爐釬焊工藝能提高傳統系數，并且全涂層鎳基釬焊工藝材料表面光滑，可以減少積灰。通過比較決定采用全涂層鎳基釬焊技術，焊接部位接觸好，熔合率可達99%，導熱效果良好，并且對于管子沒有任何損傷。很好地克服了高頻焊方面的不足。

（1）采用縱向釬焊鰭片技術，該技術曾經在山東濰坊發電廠高溫再熱器上使用，效果良好[2]；但擴展面積遠遠達不到。圖1縱向釬焊布置。

通過計算， X的高度達到46.24mm.如果把縱肋增加成16片，X的高度可以減低一半，但生產加工無法實現。另外這種布置形式，沿縱向管子上部有儲灰槽，容易儲灰，縮減了換熱面積，降低換熱效果。該方案不可行。

（2）采用螺旋形肋片布置，圖2螺旋肋片布置。經過計算，采用材質08Al-GB3526-83，材料規格1.3mm*18.5mm，間距10mm的螺旋肋片，采用全涂層釬焊工藝，即可增加換熱面積，提高換熱效率，使得省煤器換熱量達到原設計狀態。省煤器母管材質：20G-GB5310。另外為了更好能使鍋爐的運行更加可靠，決定將省煤器直管部分的壁厚由3.8mm增加到4.0mm，即：Ф45×4mm，彎頭部分的壁厚由3.8mm增加到4.5mm，即：Ф45×4.5mm。同時，為了避免爆管的發生，增大了彎管的彎曲半徑，使彎管外壁不至于太薄弱。

3 鎳基釬焊工藝的特點

鎳基釬焊屬于固相連接，他與熔焊方法不同，釬焊時母材不熔化，采用比母材熔化溫度低的釬料，加熱溫度采取低于母材固相線而高于釬料液相線的一種連接方法。當被連接的零件和釬料加熱到釬料熔化，利用液態釬料在母材表面潤濕、鋪展與母材相互溶解和擴散和在母材間隙中潤濕、毛細流動、填縫與母材相互溶解和擴散而實現零件間的連接。

釬焊具有以下優點：

（1）釬焊加熱溫度較低，對母材組織和性能影響較??；

（2）釬焊接頭平整光滑，外形美觀；

（3）焊件變形較小，尤其是采用均勻加熱的釬焊方法，焊件的變形可減小到最低程度，容易保證焊件的尺寸精度。

本次鎳基合金釬料采用氬氣氣體保護爐中釬焊，很好的保證了釬焊質量。爐溫為1050℃一1100℃，焊后在一定冷卻速度和溫度下冷卻，保證母材的機械性能和金相組織等。釬焊層的滿焊面積達到99%以上。

4 鎳基釬焊的性能

生產過程中，根據電廠方面要求，隨機抽取兩段產品試樣提交山東電力研究院鍋檢中心進行檢測。送樣為全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管兩段，各300mm 長。鍋檢中心試驗室，采用縱向以及橫向45°等離子切割兩段試樣進行截面的宏觀、金相組織和微觀質量檢驗，對母材也相應做了機械性能測試。結果滿足相關標準的技術要求。（圖3金相檢測的試樣）

5 改造后的效果

對7# 鍋爐省煤器進行了改造，經過各方面的共同努力，取得了一次試壓成功、一次沖轉成功、一次點火試運成功，給廠方帶來了巨大的經濟效益和社會效益。改造后鍋爐熱效率提高了1.66個百分點，即：

Δη=η2-η1=89.8%-88.14%=1.66% （1）

則改造后年標煤節省量為：

ΔB=B×Δη/η1×τ×Qar.net/29.31 （2）

其中，B—鍋爐燃煤量，150 t/h；

τ—鍋爐年運行小時數，5 000 h；

Qar.net—燃料低位發熱值，21.86 MJ/kg。

計算得ΔB=10 535 t/年。

按標煤價格600元/t計，每年燃料費節省632萬元。

經過多年的運行，證明了青島新能源科技有限公司的改造是卓有成效的。機組運行安全可靠，排煙溫度比原來改造前降低30℃，可使鍋爐效率提高1.66%，根據計算，每小時可節煤2.11t，一年按5000小時計算，則可節煤10535t。這樣該機組省煤器的改造使廠方增創效益達632萬元/年。同時由于采用釬焊技術，省煤器表面大大的減少了積灰，增加彎曲半徑，有效地抑制爆管、泄露等事故，根據計算，如果少發生一次爆管事故，就可以減少損失750萬元以上。

6 結語

山東黃臺發電廠7#鍋爐全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管省煤器的改造應用，經過10多年的運行，證明理論上是可靠，技術上可行。為今后鍋爐改造提供了一種有效的節能措施。#7鍋爐省煤器的改造是完全成功的，確保了設備的安全運行，提高了鍋爐效率達1.66%，使機組的經濟性大大提高。

參考文獻：

[1]張夢珠.工業鍋爐原理與設計[M].北京：水利電力出版社，1990.

[2]張日亮，張夢珠，韋德旺.釬焊鰭片管在鍋爐高溫再熱器上的應用 [J].能源技術，2009，4，30（02）：126-128.

作者簡介：張日亮（1978-），男，工學學士，高級工程師，從事節能技術開發與市場服務工作。