利用鰭片式管束對SP余熱鍋爐過熱器的優化改造

胡印勝 羅 王 姜興鑫

（1山東深信節能環保科技有限公司， 山東 滕州 277500；2華新水泥股份有限公司， 湖北 武漢 430070）

某水泥公司余熱電站窯尾SP余熱鍋爐出口蒸汽溫度設計為250℃，需要與窯頭AQC余熱鍋爐產生的蒸汽混合后進入窯頭ASH蒸汽過熱器過熱至380℃，經室外蒸汽管道送至主廠房進入汽輪機發電機組做功發電。

實際運行中，由于在熟料生產線點火升溫過程中，預熱器出口廢氣溫度較高，窯尾SP余熱鍋爐產生的蒸汽過熱度較小，因此不能單獨投入SP余熱鍋爐發電；熟料生產線斷料后，此時窯頭ASH蒸汽過熱器廢氣溫度降低，不能把兩臺余熱鍋爐產生的蒸汽過熱至所需溫度，汽輪發電機不能維持運行，被迫停機，特別是近年來，該水泥公司利用回轉窯協同處理工業危廢、生活垃圾，窯系統用風量增加，造成窯尾熱量升高，窯頭熱量降低，進入汽輪發電機組的主蒸汽溫度一直較低，嚴重影響了系統熱效率。

提高SP余熱鍋爐出口蒸汽溫度，產生的蒸汽直接進入汽輪輪機是解決以上問題的關鍵，本文對采用鰭片式管束對原SP余熱鍋爐過熱器改造以及改造后效果做詳細介紹，以供同類型鍋爐改造參考。改造前SP余熱鍋爐中壓過熱器結構及鍋爐參數。

1 改造前SP余熱鍋爐中壓過熱器結構及鍋爐參數

1.1 中壓過熱器管束結構

管子規格：Φ38×3.5mm

橫向間距：100mm

橫向排數：2×25排

縱向間距：80mm

縱向排數：出廠6排；第一次改為14排

布置類型：光管順排布置(見圖一：改造前光管管束布置圖：) 圖一：改造前后過熱器管束布置圖

1.2 改造前實際運行參數

受鍋爐內部空間所限，水泥工廠于2013年把SP余熱鍋爐中壓過熱器縱向排數從6排增加到14排，鍋爐出口蒸汽溫度雖有所提高，但是SP余熱鍋爐產生的蒸汽仍然要送到ASH蒸汽過熱器進行過熱，無法單獨送至汽輪發電機組做功發電，SP余熱鍋爐實際運行參數為：

進口廢氣量： 369000 Nm3/h 進口廢氣溫度：355℃

中壓段出口廢氣溫度：207.3℃ 產汽量： 31.14t/h

蒸汽壓力：1.75MPa(a) 蒸汽溫度： 291℃

給水溫度：100℃

2 采用鰭片式管束對SP余熱鍋爐過熱器進行改造

2.1 擴展受熱面選擇

鍋爐常用的擴展受熱面有肋片管（螺旋翅片管、H型翅片管）、膜式管、鰭片管等。

水泥廠余熱電站窯尾SP余熱鍋爐進口廢氣粉塵濃度高達80-150g/Nm3，粉塵顆粒細、硬度低、易積灰，所選擴展受熱面結構應能避免管束廢灰大量積聚；鍋爐進口廢氣溫度280℃～400℃，廢氣溫度波動較大，受熱面管子隨溫度能夠自由膨脹收縮，防止管束之間產生溫差應力過大造成管束變形或損壞。考慮以上因素，本改造采用鰭片管。

2.2 鰭片式過熱器的特點

a) 鰭片管是沿光管軸線外兩邊焊接矩形鋼帶，使得單位管長的換熱面積增加較多，故在有限的空間內，可以最大可能的增加換熱面積，本次改造采用的鰭片管擴展系數為1.767；

b) 窯尾廢氣溫度變化較大，鰭片和管子采用同一材質，一起膨脹或收縮，管子之間留有一定間隙，整個管片不會產生溫差應力對管子造成損害；

c) 廢氣是順著鰭片方向流動，兩側鰭片起到導向作用，對于含塵量較大的廢氣，積灰較輕；

d) 管束錯排布置，能增加鰭片間氣流的擾動，起到傳熱強化的作用。

2.3 鰭片過熱器管束結構

管子規格：Φ42×3.5mm

鰭片高度：25mm

鰭片厚度：3mm

橫向間距：130mm

橫向排數：2×41排

縱向間距：61mm

縱向排數：11+11排

布置類型：鰭片錯排布置（見圖一：改造后鰭片管管束）

2.4 熱工核算

2.4.1 核算廢氣參數：

進口廢氣量： 369000 Nm3/h 進口廢氣溫度： 355℃ 核算中壓段出口廢氣溫度：206.9℃ 核算蒸發量： 29.8t/h 蒸汽壓力： 1.75MPa（a） 核算蒸汽溫度： 340℃ 給水溫度： 100℃

2.4.2 改造中壓段傳熱部件核算結果匯總（見表）

表：改造中壓段傳熱部件核算結果匯總 名稱及符號 單位 過熱器 蒸發器1 蒸發器2 蒸發器3 蒸發器4 蒸發器5 省煤器 管子規格 mm 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 38×3.5 管子排列方式 鰭片錯排 光管順排 光管順排 光管順排 光管順排 光管順排 光管順排 橫向排數 40+38 48 50 50 50 50 52 縱向排數 11+11 21 21 21 22 22 44 對流受熱面積 m2 1937 1251 1303 1303 1397 1397 2598 廢氣進口溫度 ℃ 355.00 337.48 305.98 281.29 263.10 248.81 238.35 廢氣出口溫度 ℃ 337.48 305.98 281.29 263.10 248.81 238.35 206.87

工質進口溫度 ℃ 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 100.00 工質出口溫度 ℃ 340.00 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 廢氣流量 Nm3/h 369461 370476 371583 372690 373797 374904 375919 工質流量 kg/h 29753 / / / / / 31645 廢氣平均速度 m/s 6.81 7.30 7.16 6.91 6.73 6.59 6.03 傳熱系數 W/℃.m2 26.84 35.80 35.09 34.21 33.66 33.16 32.26 換熱面傳熱量 kJ/h 9632760 17632841 13499227 9814995 7677676 5556393 17572159

3 改造效果

1) 改造前鍋爐出口蒸汽參數為：1.75MPa(a)-291℃-31.15t/h；改造后鍋爐出口蒸汽參數為：1.75MPa(a)-340℃-29.75t/h，雖然蒸汽量略有下降，蒸汽溫度及品質較高，計算發電負荷提高60.8kW；

2) 改造后SP余熱鍋爐產生的蒸汽不用送到ASH蒸汽過熱器再熱，直接進入集汽缸，減少了沿程蒸汽管道阻力損失；

3) 當啟窯時，窯尾SP余熱鍋爐隨窯同步一起投入，隨著廢氣溫度升高，窯尾余熱鍋爐產生蒸汽，即可進行暖管及汽輪機沖轉運行，基本做到隨窯線同步運行；

4) 當停窯或斷料時，進入窯尾SP余熱鍋爐廢氣溫度較高，鍋爐出口蒸汽溫度也較高，只要汽輪機進汽溫度高于蒸汽壓力下飽和溫度+60℃，汽輪機可以維持運行，提高余熱發電運轉率；

5) 改造后的窯尾SP余熱鍋爐過熱器采用SX-SSQY亞音頻清灰器，提高了清灰能力，管束積灰情況好于光管。

4 結論

窯尾SP余熱鍋爐過熱器經改造后出口蒸汽溫度提高，可以單獨運行，提高了電站運轉率，增加了發電負荷，達到了改造預期，還可以為其他同類型鍋爐改造提供參考。