整體型螺旋翅片管在省煤器改造工程中的創新應用

歐陽曉瑞 馬慧敏 鄭嬌麗

摘 要：通過整體型螺旋翅片管在煤粉爐省煤器改造工程中的實際設計解析，進一步印證該新型換熱管耐磨、耐腐蝕、抗積灰、傳熱效率高等優良特性。

關鍵詞：整體型螺旋翅片管；省煤器改造；創新應用

1 原鍋爐概況

河南中源化學股份有限公司此次更換省煤器的（5#）240t/h煤粉爐，為無錫華光鍋爐股份有限公司設計制造，鍋爐型號： UG-240/5.3-M，于2009年投產運行至今已經4年，為單鍋筒、自然循環、平衡通風、固態排渣、全懸吊結構。燃燒器采用四角切向布置的水平濃淡燃燒器，采用鋼球磨中間儲倉干燥劑送粉系統。鍋爐室外布置，抗地震烈度按7度設防。

省煤器裝設在尾部豎井中，雙級布置，工質與煙氣呈逆流方式，上級省煤器采用順列布置，由Φ38×4的管子雙管并繞；下級省煤器沿煙道寬度方向分成左右對稱兩部分，又沿煙道高度方向分為上下兩部分，形成左右兩側進水的4組管束，為減少磨損采用膜式省煤器結構，錯列布置，由Φ38×4管子和4mm厚的膜片制成。上級省煤器采用懸吊結構，通過引出管懸吊在頂板梁上，下級省煤器采用支撐結構，支撐在橫梁上，橫梁穿出爐墻支撐在護板上，橫梁需通風冷卻，一端與鼓風機入口連接，一端敞口。

為了減輕煙氣中飛灰對受熱面管子的磨損，在每級省煤器蛇形管彎頭處，均裝設防磨蓋板。雖然鍋爐在設計時采用了許多防磨措施，但鍋爐在運行中多次出現省煤器管子磨損爆管情況，尤其是最近半年來爆管更加頻繁，已經嚴重的影響了企業的正常生產，因此用戶決定對省煤器進行改造，鑒于整體型螺旋鰭片管優異性能，同時經過對其他同類型鍋爐省煤器改造的成功案例的考察，用戶決定本次整改采用整體型螺旋鰭片管代替原來鍋爐的膜式鰭片管進行省煤器的重新設計、制造，期望能利用整體型螺旋翅片管好的耐磨性、傳熱性、高的抗積灰性，保證鍋爐的安全運行，同時提高鍋爐的整體熱效率，進而為用戶節省維修保養費用，延長運行時間，提高企業的經濟效益。

2 鍋爐的原設計基礎數據

2.1 鍋爐規范

額定蒸發量 240t/h

額定蒸汽溫度 450℃

額定蒸汽壓力（表壓） 5.3 MPa

給水溫度 104℃

熱風溫度 339.1℃

排煙溫度 127.7℃

鍋爐設計效率 92%

排污率 2%

2.2 鍋爐設計參數

a.鍋爐基本尺寸

爐膛寬度（兩側水冷壁中心線間距離） 7890mm

爐膛深度（前后水冷壁中心線間距離） 7890mm

鍋筒中心線標高 37150mm

b.各部件熱力計算匯總表

3 改造方案

3.1 省煤器改造設計原則、依據及說明

省煤器改造的總體技術方案遵循“穩定可靠、技術先進、降低能耗、節約投資”的原則。

本次改造僅對鍋爐的省煤器進行整體改造設計，其他部件不作改動。本次改造嚴格按照鍋爐有關規程及“國家質量監督檢驗檢疫總局國質檢特函（2007）402號”文件要求進行，參照原來的鍋爐設計文件進行熱力計算，以不破壞原來設計的熱力過程，考慮到鍋爐的磨損情況，對鍋爐的管系的橫向節距進行了調整，以降低煙速在合理的范圍內，同時對新省煤器的煙氣阻力進行了嚴密的計算，根據鍋爐行業內的一貫的防磨習慣，對省煤器的管子進行了加厚處理，由壁厚4mm加厚到6mm，同時對非螺旋鰭片管區加蓋了防磨蓋板，把下級省煤器的光管彎頭部分移到煙道外部，這樣增加了煙氣的流通面積，進一步方便了管束的布置。以上各種措施的根本目的就是在保證鍋爐的省煤器傳熱效率的情況下盡可能的降低省煤器區的煙氣流速，降低省煤器管子的磨損。

本次改造設計的省煤器系統，包含省煤器集箱、管系、和防止管系變形的支撐系統。對省煤器的出口集箱、上下級省煤器的連接管、出口集箱和省煤器系統的懸吊管子均不作改動，對本次改造涉及的省煤器系統內部的集箱、管系進行了強度計算，制造和安裝也嚴格按照有關規定執行。

3.2 省煤器改造后熱力計算匯總表

3.3 整體型螺旋翅片管的特點

DW：外徑；DO：根徑；d：內徑；？啄：壁厚；h：翅高；S：翅距；Sd：翅頂厚；Sg：翅根厚

整體型螺旋翅片管是經過加熱之后整體軋制而成的，翅片管表面平整光滑，晶格鐵素體+珠光體，組織致密，翅片R圓角過渡，金屬文理連續。其強度是母材的兩倍。硬度比母材增加70個維氏單位，受熱面更加耐磨。整體型螺旋翅片管表面光滑，翅根圓滑過渡，煙氣流經管子時會形成渦流，管子表面不易積灰。整體型螺旋翅片管翅片和管基為一個整體，不會出現因冷熱交替使翅片脫落的現象，導熱翅片剖面呈梯形，傳熱性能好。綜上所述，整體型螺旋翅片管使用壽命比其他形式管大幅提高，這樣可以大大減少鍋爐在運行過程中的檢修次數及費用，又使年發電量增加。

4 結束語

該煤粉爐采用整體型螺旋翅片管改造后，運行已經將滿一年，鍋爐滿負荷時的排煙溫度（夏天）由原來的150～160℃降低到115～125℃，根據經驗來說，鍋爐的排煙溫度每降低10℃，鍋爐效率大約提高1%，滿負荷工況下，鍋爐效率大約可以提高3%以上，一年即可節省成本約485萬元。在國家提倡節能減排的政策支持及電煤價格節節攀升的環境下，使排煙溫度降低，既符合國家政策，還能為企業創造效益。由此可見，整體型螺旋翅片管在換熱領域中具有很強的競爭優勢。

參考文獻

[1]馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌主編.鍋爐原理及計算.第三版.科學出版社，2003.

[2]范北巖等主編.工業鍋爐設計計算標準方法.中國電力出版社，2003.

[3]趙明泉等編著.鍋爐結構與設計.哈爾濱工業大學出版社，1991.

作者簡介：歐陽曉瑞（1987-），女，工學學士，從事鍋爐壓力容器及結構件的開發和設計