燃氣鍋爐省煤器改造降低排煙溫度

王東明，黨占東

（本鋼板材有限公司發電廠，遼寧本溪 117000）

前言

近年來，節能降耗、低碳環保成為各個生產領域研究的重要課題。鍋爐熱效率是鍋爐運行過程中最為重要的指標，而排煙溫度則是影響鍋爐熱效率眾多因素中最重要的一個。排煙溫度的高低直接影響鍋爐效率的高低。經驗證明，排煙溫度每降低15～20 ℃，鍋爐熱效率增加1%左右，而這將大大地提高煤燃燒效率，降低成本，減少污染物排放量。我國火力發電廠的很多鍋爐排煙溫度都超過設計值，一般比設計值高20～50 ℃，因此如何降低鍋爐排煙溫度就顯得尤為重要，具有經濟效益。本鋼發電廠在節能減排中積極創新，結合生產實際，不斷對鍋爐進行節能改造。

1 設備概況

本鋼發電廠高壓作業區220 t/h 蒸汽鍋爐（21#鍋爐）是武漢鍋爐廠生產的WGZ-220/9.8 型煤粉鍋爐，于2010 年改造為燃高爐煤氣鍋爐（可摻燒轉爐煤氣或純燒高爐煤氣），鍋爐為單鍋筒自然循環，集中下降管“П”型布置的全燃高爐煤氣鍋爐，按室內布置，鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁，爐膛出口處布置屏式過熱器，水平煙道裝設了兩級對流過熱器。爐頂、水平煙道兩側及轉向室設置頂棚管和包墻管，尾部豎井煙道中交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預熱器，最后尾部設有高爐煤氣預熱器。鍋爐采用旋流式煤氣燃燒器正四角切向布置，在爐膛下部采用強化傳熱傳質的蓄熱穩燃裝置。21#爐一般以高爐煤氣摻燒轉爐煤氣為主，冬季有時會純燒高爐煤氣。改造后煤氣預熱器設計出口煙溫為130 ℃，近幾年運行時，實際排煙溫度為150 ℃以上。

2 排煙溫度高的原因分析

(1)鍋爐排煙溫度高的原因一般是爐本體及煙道漏風，在正常負壓運行中的鍋爐，外界冷空氣通過鍋爐不嚴密處漏入爐膛以及煙道中，導致煙氣中過量空氣增加，漏風使排煙損失增大不僅僅是它增加了排煙容積，而且也使排煙溫度增加，這是因為漏入煙道的冷空氣會使漏風點處的煙氣溫度降低，從而使漏風點以后所有的受熱面的傳熱能都減少，故使排煙溫度升高。

(2)過剩空氣系數過大，導致入爐空氣量大，煙氣量也大，煙氣排入大氣所帶走的熱量就高，排煙溫度也高。運行工況惡化，一次風和二次風配比不合適不合理，導致火焰中心上移；傳熱面積灰，導致換熱效率下降等，也會使排煙溫度升高。

(3)給水溫度的變化，冬季、夏季引風機入口風溫度的變化也導致鍋爐排煙溫度的變化。

(4)本鍋爐由煤粉爐改造為燃高爐煤氣鍋爐時，受熱面布置不合理，導致受熱面吸熱不足，鍋爐排煙溫度高。通過對鍋爐運行狀況、運行參數分析，認為本鍋爐漏風因素及一二次風配比因素對鍋爐排煙溫度影響較小，通過運行調整維護可得到改善；認為可以對省煤器進行改造，通過增加省煤器換熱面積，增加對煙氣的吸熱量，降低鍋爐排煙溫度。

3 省煤器改造方案

3.1 省煤器是鍋爐的一個重要的受壓元件，省煤器改造對鍋爐的整體性能都有影響，因此需要進行鍋爐的整體優化設計，應基本保證鍋爐的原有整體性能，并減少對其它部件的影響。根據現場實際情況，省煤器上下都有一定空間，增加省煤器受熱面不影響其他檢修空間，采取調整省煤器受熱面是簡單可行的。

3.2 設備性能參數

3.2.1 原鍋爐的設計參數見表1。

表1 原鍋爐的設計參數

3.2.2 省煤器原設計參數

高溫省煤器入口最大煙氣量：350000 m3/h;

高溫省煤器入口煙氣溫度：580.6 ℃;

鍋爐給水量：224400 kg/h;

高爐煤氣耗量：120000 m3/h;

轉爐煤氣耗量：20000 m3/h;

鍋爐蒸發量：220 t/h;

鍋筒工作壓力為11.27 MPa，省煤器部件水壓試驗壓力為14.09 MPa。

3.3 改造方案

將原上部蛇形管高溫省煤器全部拆除，更換為螺旋翅片管，增加高溫省煤器換熱面積。在低溫省煤器上部空間增加12 排螺旋翅片管。省煤器改造新增高溫螺旋翅片管管束、低溫螺旋翅片管管束及低溫省煤器支撐梁。新增低溫省煤器底部增加8根支撐梁。

改造后管排的橫向節距及布管方式與原省煤器一致，以利用原省煤器集箱。為節省加工時間，高溫省煤器進出口集箱位置不變，將管子與集箱之間的管子切割，切割時在集箱留管接頭。新省煤器管子與原集箱管接頭對焊。低溫省煤器上集箱（4根）均需要與原管排切割分離，然后上移，集箱管接頭與增加的省煤器管接頭對焊。

3.4 設備結構

高溫省煤器由光管改為螺旋翅片管，翅片管沿氣流方向錯列布置，縱向排數仍為24排。低溫省煤器頂部增加的螺旋翅片管與原翅片管結構相同，縱向排數由原來的28 排改為40 排，增加了12 排。省煤器改造，新增高溫螺旋翅片管管束、低溫螺旋翅片管管束及低溫省煤器支撐梁。

3.5 材料規格

高溫省煤器管子材質為20G（GB5310），翅片材質OCr13。低溫省煤器管子材質為20G（GB5310），翅片材質08AL。螺旋翅片管，基管選用φ32×4mm，20#低碳鋼無縫鋼管，符合GB16507 的規定。翅片選用08F 鋼帶，翅片高度16 mm，翅片厚度1.2 mm。傳熱元件對接焊縫采用氬弧焊；基管與翅片之間的焊接采用高頻電阻焊，符合HG/T3181 的規定。翅片高度允許偏差±0.75 mm，翅片厚度允許偏差±0.13 mm，翅片螺距允許偏差±0.2 mm，翅片全長焊著率大于95%。

3.6 改造后設備參數

高溫省煤器入口煙氣量：350000 m3/h;

高溫省煤器入口煙氣溫度：580.6 ℃;

鍋爐給水量：224400 kg/h;

高爐煤氣耗量：120000 m3/h

轉爐煤氣耗量：20000 m3/h;

鍋爐蒸發量：220 t/h;

改造后原鍋爐的有關參數見表2。

省煤器出口汽化率：≤15%。

表2 改造后鍋爐有關參數

3.7 省煤器改造施工內容

高、低溫省煤器側墻拆除及恢復；低溫省煤器出口集箱（4 個）拆除移位；原高溫蛇形管省煤器拆除；新低溫省煤器支撐梁焊接；新高、低溫省煤器管排安裝。

4 改造效果

(1)2017 年利用大修機會按計劃方案對省煤器進行了改造，取得顯著效果。改造后，對比去年鍋爐相同工況數據，排煙溫度由原來的153～158 ℃，降低到現在的122 ℃左右，降低了31～36 ℃，取平均最低值30 ℃。鍋爐滿負荷220 t/h 左右時，煙氣量折算為350000 m3/h，煙氣比熱取經驗值1.45 kJ/（m3·℃），

鍋爐煙氣余熱回收熱量約：

(2)提高了鍋爐效率。21#爐滿負荷時燃料折合使用煤氣量約643 GJ，省煤器改造后鍋爐效率提高了：15.2/643×100%=2.36%；

(3)高爐煤氣價格32 元/GJ，每小時降成本：15.2×32=486.4(元/h)，每年運行時間按8000 h，年降成本：486.4×8000=389.1 萬元。年節能12.16 萬GJ，折標煤4154 t。

(4)項目總投資53.3 萬元，投資回收期不到2 個月。

(5)改造經驗。為預防省煤器沸騰而產生爆管，高溫省煤器最上層的4 排管束可采用傾斜布置,傾角2.1°。根據原設計圖紙，省煤器翅片只有中間部分纏翅片，而在彎頭部分沒有設置煙氣擋板，實際運行時，由于管子兩段空隙較大，此處易形成煙氣走廊。特別是在增加省煤器受熱面，提高了省煤段吸熱能力的時候，高溫省煤器將產生沸騰（單燒高爐煤氣工況較高），此時管子彎頭處由于存在煙氣走廊的情況，傳熱較強，易引高溫區起管端過燒現象（20G使用溫度＜460 ℃），縮短設備使用壽命。因此在新增的省煤器兩段增加擋板，以此來消除煙氣走廊帶來的危害，保證設備安全穩定運行。

5 結論

本次省煤器改造取得顯著效果，增加省煤器受熱面后，確實降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率。有效降低排煙溫度30℃左右，提高鍋爐效率2%以上。具有投資少、收益大、投資回收期短，值得推廣。本次改造在減少燃料消耗量的同時對裝置節能降耗和減少環境污染起到積極的作用。