某亞臨界鍋爐墻式輻射再熱器技術(shù)改造

唐勇，李嘉康，潘豐，季益冰

(1.河北大唐國(guó)際張家口熱電有限責(zé)任公司，河北張家口075000；2.江蘇駿辰能源科技有限公司，江蘇張家港215627)

某熱電廠有2臺(tái)亞臨界HG-1025/17.5-YM33鍋爐，機(jī)組分別于2009年11、12月投產(chǎn)運(yùn)行。鍋爐設(shè)計(jì)為一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用單爐膛平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式，設(shè)計(jì)燃料河北煙煤。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷為設(shè)計(jì)參數(shù)，最大電負(fù)荷為333MW；機(jī)組額定電負(fù)荷為300MW時(shí)鍋爐的額定蒸發(fā)量為960 t/h；再熱蒸汽進(jìn)口壓力3.42 MPa，出口3.58 MPa；再熱器溫度出口541℃，進(jìn)口324℃；給水溫度為275.4℃。該鍋爐自投運(yùn)以來(lái)，存在再熱蒸汽欠溫、屏式過(guò)熱器壁溫度超溫和過(guò)熱器減溫水量大等問(wèn)題，影響機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 鍋爐投運(yùn)后出現(xiàn)的問(wèn)題

（1）再熱器蒸汽欠溫。在運(yùn)行燃燒調(diào)整時(shí)，為提高再熱器蒸汽溫度，向上擺動(dòng)燃燒器噴嘴時(shí)還會(huì)發(fā)生后屏過(guò)熱器金屬壁溫超溫，容易爆管，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全；由于后屏過(guò)熱器金屬壁溫的限制給燃燒調(diào)整帶來(lái)很大的局限性，為保證后屏過(guò)熱器不超溫，只有降低擺動(dòng)火嘴角度，在150MW低負(fù)荷情況下再熱蒸汽欠溫可達(dá)30℃以上，分析是鍋爐再熱器吸熱量不足導(dǎo)致。因此，必須調(diào)整再熱器受熱面，使高溫?zé)煔鉄崃勘M量被有效利用，降低后屏升溫壓力和排煙溫度。

（2）再熱器兩側(cè)溫度偏差大。2臺(tái)爐再熱器蒸汽溫度兩側(cè)偏差都大，最高可達(dá)30℃，可能是熱量分布吸收不均勻所致。究竟是管路堵塞造成流量下降影響局部傳熱效果，還是計(jì)算誤差導(dǎo)致分布熱量偏差，需要重新核算。

（3）過(guò)熱器減溫水量大，煤耗增加。某日4個(gè)運(yùn)行班鍋爐減溫水量為35.6～57.5 t/h，2臺(tái)鍋爐實(shí)際減溫水量高出設(shè)計(jì)值20～37 t，將增大發(fā)電煤耗。再熱器減溫水量對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響可按以下方法簡(jiǎn)單計(jì)算：300MW機(jī)組每100 t/h再熱器減溫水增加5 g/（kW·h）的發(fā)電煤耗，上述減溫水量約增加1.5～2.5 g/（kW·h）的發(fā)電煤耗，單臺(tái)機(jī)按年運(yùn)行6000h、250MW負(fù)荷計(jì)算，共增加標(biāo)煤消耗3000t。鍋爐改造前某一時(shí)刻實(shí)際有關(guān)運(yùn)行參數(shù)如表1所示，300MW負(fù)荷下再熱器出口溫度比設(shè)計(jì)值低6.7℃。

2 墻式輻射再熱器改造方案

針對(duì)以上問(wèn)題，作者對(duì)鍋爐整體受熱面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了校核計(jì)算[1]，發(fā)現(xiàn)再熱器系統(tǒng)的受熱面積偏小，采用增加墻式輻射再熱器的換熱面積試圖改善再熱汽欠溫的問(wèn)題。該型鍋爐的再熱器系統(tǒng)分為3個(gè)部分：墻式輻射再熱器、后屏再熱器和末級(jí)再熱器。墻式輻射再熱器布置在水冷壁前墻和水冷壁側(cè)墻靠近前墻的部分，受熱面高度為18.959 m,其最下端在分隔屏下3.353 m。前墻輻射再熱器有224根D50mm管子，兩側(cè)墻輻射再熱器共有196根D50mm管子，以節(jié)距50.8mm沿水冷壁表面密排而成。后屏再熱器位于后屏過(guò)熱器和水冷壁懸吊管之間，一共30屏，管徑D63mm，以457.2mm橫向節(jié)距沿寬度方向布置。末級(jí)再熱器位于水平煙道內(nèi)，在水冷壁后墻懸吊管和水冷壁排管之間，一共有60屏，管徑為D63mm，以228.6mm橫向節(jié)距沿爐寬方向布置。

鍋爐再熱器技術(shù)改造根據(jù)文獻(xiàn)[2]從墻式輻射再熱器入手。墻式輻射再熱器采用D51×4的12Cr1MoVG管子，總計(jì)420根。為了簡(jiǎn)化施工，降低改造成本，該次改造中采用受熱面管件探入爐膛內(nèi)的結(jié)構(gòu)形式，將墻式輻射再熱器受熱面過(guò)渡連接的管子切除一部分，用新制作的U型彎管件連接完成過(guò)渡（如圖1所示）。如果采用輻射再熱器入口集箱向下方移動(dòng)，并以此方式延伸輻射再熱器管的方法會(huì)增大施工量并涉及到再熱器管道的重新布置，造成施工難度和工作量增大。入口集箱的管座（D63×4.5，材質(zhì)20G）與爐內(nèi)U型管件（D51×4.5，12Cr1MoVG）焊接需要經(jīng)過(guò)一個(gè)異徑接頭，該異徑接頭與爐內(nèi)的U型管件在出廠前完成焊接工作，施工時(shí)每根管件只需焊接兩道焊口。改造后墻式輻射再熱器部位的水冷壁管件尺寸、形狀也需要改變，重新設(shè)計(jì)并更換鍋爐前側(cè)及左、右側(cè)水冷壁異型管件142根。所有新增焊口均進(jìn)行100%射線檢驗(yàn)。

施工中墻式輻射再熱器入口集箱的位置及其他附屬結(jié)構(gòu)不發(fā)生變動(dòng)，原設(shè)計(jì)中安裝的保溫、密封及化妝板，改造后全部從新恢復(fù)。

表1 鍋爐改造前某一時(shí)刻實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

3 改造后鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)

2號(hào)機(jī)組大修投運(yùn)后，華北電科院對(duì)其進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)。墻式輻射再熱器改造完成后爐內(nèi)的燃燒工況有非常良好的改進(jìn)效果，改造后的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，屏過(guò)金屬壁溫和過(guò)熱器的減溫水量均得到較好的改善，有效提高了再熱器汽溫（如表2和表3所示）。試驗(yàn)期間未摻燒褐煤，全部采用河北蔚縣煙煤，其煤質(zhì)為：全水分18.6%，灰分26.38%，揮發(fā)份27.36%，固定碳41.99%，低位發(fā)熱量16.87MJ。采用正塔型的配風(fēng)方式以強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒，以增加新增墻式輻射再熱器受熱面的吸熱能力。

表2 2011年7月5-6日平均入爐煤主要參數(shù)

（1）低負(fù)荷下再熱器溫度同比提高。150MW負(fù)荷下，通過(guò)配風(fēng)調(diào)整再熱汽溫提高到530.0℃，相比原來(lái)提高12℃；200MW負(fù)荷下，再熱汽溫提高到535.0℃，相比提高7℃。上述再熱汽溫的運(yùn)行條件為：屏過(guò)出口過(guò)熱器壁溫不超過(guò)570.0℃，氧量比正常配風(fēng)低0.5%，再熱器汽溫上下有波動(dòng)，但可持續(xù)，NOx排放濃度基本不變。

（2）一、二次風(fēng)溫升比改造前提高。從表3爐煙溫度和空預(yù)器溫度看，2號(hào)爐空預(yù)器入口煙溫比未改造前略低，墻式輻射再熱器面積增加后爐膛吸熱增加，對(duì)爐后的煙溫略有影響。空預(yù)器檢修時(shí)進(jìn)行了水沖洗，受熱面干凈，堵塞減少，煙氣的差壓也小，所以一、二次風(fēng)的溫升2號(hào)爐均大于1號(hào)爐，鍋爐熱效率高于1號(hào)爐。對(duì)2號(hào)爐而言，1號(hào)爐負(fù)荷低1%，煤量高5.3%。300MW負(fù)荷下，2號(hào)爐一次風(fēng)溫升提高了4.0℃；空預(yù)器進(jìn)口溫度2號(hào)爐比1號(hào)爐還低約3℃，但2號(hào)爐二次風(fēng)溫升比1號(hào)爐高多11℃。

（3）金屬壁最高溫度和再熱器兩側(cè)溫差下降。300MW電負(fù)荷下，2號(hào)爐屏過(guò)最高壁溫518.1℃，較改造前最高壁溫1號(hào)爐556.8℃下降了38℃。150MW負(fù)荷下，2臺(tái)爐燃燒器擺角保持在16%時(shí)，2號(hào)爐左右側(cè)再熱器出口溫差降低了10℃。改造前，左側(cè)481.9℃，右側(cè)502.6℃，平均為492.3℃；改造后，左側(cè)494.4℃，右側(cè)509.8℃平均為502.1℃，通過(guò)配風(fēng)調(diào)整再熱汽溫可以提高到530.0℃。

（4）改造后過(guò)熱器的減溫水量變化如表4所示，在負(fù)荷基本相同下，同時(shí)間相比，過(guò)熱蒸汽減溫水總量，2號(hào)爐明顯降低了19 t/h。

表3 空氣預(yù)熱器入和出口煙氣溫度等參數(shù)對(duì)比

表4 改造后過(guò)熱器的減溫水量變化（同一時(shí)刻）

4 結(jié)束語(yǔ)

某熱電公司2號(hào)鍋爐墻式輻射再熱器的改造和運(yùn)行方式優(yōu)化調(diào)整，在保證后屏過(guò)熱器金屬壁溫不超過(guò)570.0℃的條件下，再熱蒸汽出口溫度可達(dá)到530.0～540.0℃，較改造前提高20℃，供電煤耗降低1.6g/（kW·h），年節(jié)省標(biāo)煤3000t左右，標(biāo)煤按620元/t，每年可節(jié)省186萬(wàn)元；同時(shí)也減少了汽輪機(jī)因再熱汽過(guò)熱度不夠而產(chǎn)生的末級(jí)葉片沖蝕的危險(xiǎn)，可供同類機(jī)組再熱器改造參考。

[1] 前蘇聯(lián)全蘇熱工研究所(BTN)，中央鍋爐透平研究所(UKTH).鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算一標(biāo)準(zhǔn)方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1978.

[2] 陳聽(tīng)寬.鍋爐原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1979.