陡河電廠國產670t/h鍋爐膜式省煤器改造

劉煒

摘 要：為了提高陡河電廠8號爐省煤器的耐磨損壽命，將省煤器原來的光管管束改為膜式管束。膜式省煤器是近年來在我國廣泛推廣的新型技術。從結構上看，膜式管排將煙道分割成若干個小的煙氣通道，起到均布煙氣流速場的作用。膜式省煤器的耐磨能力強，普遍認為的理由是含灰煙氣在膜式管排形成的小煙氣流道內的流動狀態。煙氣中大的灰顆粒趨于中間，極細的灰顆粒靠近受熱面流動。大顆粒飛灰的趨中效應是膜式省煤器的耐磨機理。通過改造前、后運行值及設計值的對比，改造對鍋爐效率未產生不利的影響，同時提高了燃燒的穩定性，說明煙氣的熱量對給水及空氣的分配是合理的。

關鍵詞：省煤器；膜式；磨損；傳熱系數；應力；吊掛管

1 基本情況介紹

陡河電廠8號爐是哈爾濱鍋爐廠制造的HG-670/140-9型爐，1987年10月投運。該爐的省煤器分兩級布置，高溫省煤器布置在尾部煙道內冷段再熱器與高溫空氣預熱器之間，低溫省煤器布置在高、低溫空氣預熱器之間。實際運行經驗表明，省煤器的磨損泄漏是一個十分突出的問題，影響機組的安全運行。1991年9月低溫省煤器發生第一次磨損泄漏，做堵管處理。由此看來，其耐磨損壽命比較短。從省煤器的檢查情況看，磨損是較為嚴重的，管壁的磨損量達到2mm的發現多處。為了提高省煤器的耐磨損壽命，對該爐的省煤器做了全面技術改造，將原來的光管管束改為膜式管束。

膜式省煤器是近年來在我國廣泛推廣的新型技術。從結構上看，膜式管排將煙道分割成若干個小的煙氣通道，起到均布煙氣流速場的作用。光管省煤器磨損泄漏的經驗證明，造成受熱面管壁嚴重磨損的一個關鍵因素是煙氣流速場的不均勻分布。即使設計煙速較低的受熱面，由于流速場分布不均，也會造成嚴重的磨損。膜式省煤器的耐磨能力強，普遍認為的理由是含灰煙氣在膜式管排形成的小煙氣流道內的流動狀態。煙氣中大的灰顆粒趨于中間，極細的灰顆粒靠近受熱面流動。而大顆粒飛灰的趨中效應正是膜式省煤器的耐磨機理。

2 膜式省煤器的改造設計

由于采用膜式省煤器是為了提高耐磨能力，所以從熱力參數上應力求不發生較大變動為原則。原裝的光管省煤器管排全部使用Φ32×4的#20鋼管，錯列布置。本改造中為提高膜式管排的剛度，同時也為加工制造的便利，采用Φ38×4.5規格的#20鋼管。原設計管排采用雙管圈結構，每個管排有4個安裝焊口。本設計中簡化了管排的結構，采用單管圈結構，每個管排減少2個安裝焊口。簡化了管排的加工程序，也減少了安裝工作量。

改造前、后省煤器的結構、煙速及水速變化對比見表1。

從中可以看出，改造前、后按設計煤種及額定負荷計算，煙速及水速都有所提高。高、低溫段的煙速分別提高了0.69m/s和0.74m/s。提高煙速出于兩個方面的考慮。一是膜式省煤器的熱工計算還沒有統一的標準，根據其他廠的改造經驗，膜式省煤器的傳熱系數要比普通光管的低15-20%。因此提高煙速可以有效地提高傳熱系數，彌補膜式省煤器的這一不足。二是本改造中管排使用Φ38×4.5單管圈結構，煙速較低時就要使管排布置得稀疏，工質的通流面積減小，水速提高，壓力損失大，是不利的。所以盡可能地選取較高的煙速，多布置管排以取得較低的水速。水速提高后，經水力計算，省煤器的壓力損失為0.27MPa（2.79Kg/cm2），占汽包工作壓力的1.78%，符合規范的要求。

由于膜式省煤器的換熱面積多加了鰭片兩側的面積，所以同原來的光管面積相比增加的幅度較大，高、低溫段分別增加了65.7%和77.3%。在膜式省煤器的設計中其難點就是換熱面積的確定。原因是沒有標準的熱力計算方法，其傳熱系數不能準確地計算。如果換熱面積誤差較大就會造成排煙溫度及熱風溫度的較大變化，并給鍋爐運行帶來其他的問題。

改造設計中另一個值得注意的問題是吊掛管及支撐梁的強度核算。高溫段的全部管排通過其出口聯箱懸掛在吊掛管的下端，其上還吊掛著冷段再熱器的全部管排。改造后高溫省煤器的重量載荷由70383Kg增至100474Kg，增加了30.1噸的重量載荷。因此，必須校核吊掛管的工作應力。

低溫省煤器采用鋼梁支撐和吊掛的方式，管排的下片由下側梁支撐，上片由上側粱吊掛。改造后總的重量載荷增加了54.2噸，為了使粱的剛度不降低，通過計算加大了梁的截面尺寸，其高度由200mm增至270mm，截面的寬度不變。表2列出了重量載荷及力學性能的變化情況。

改后吊掛管的重量載荷增加了15.8%，而最大工作應力僅增加了6.8%，使用了許用應力的47%，結論是安全可靠的。支撐梁的截面尺寸加大后截面慣性矩增加了一倍以上，剛度增大，橈度亦比原來的小。上側粱原來布置在上片管排之上，工作溫度高。改后將上側粱布置在上片管排之下，既便于安裝，又降低了材料的工作溫度，并將材質由16Mn降為A3鋼。

鰭片管的制造采用自動埋弧焊。我廠建成的焊接生產線可生產出高質量的鰭片管。制造工藝中應注意兩個問題，鰭片的起弧點應同管端錯開10mm以便于坡口的加工。另一個工藝中的問題，管子的下料尺寸一定要大于設計尺寸，因為管子焊接膜片后會發生一定量的收縮。如按照設計尺寸下料則會造成廢品，達不到設計尺寸。

3改造后的熱力試驗結果

鍋爐尾部煙道高溫省煤器以下順序布置高溫空氣預熱器、低溫省煤器和低溫空氣預熱器。煙氣的熱量分配給省煤器的給水和空氣預熱器的空氣。所以給水溫升、熱風溫度及排煙溫度是判斷改造效果的主要參數。表3列出了改造前、后的運行值及設計值。

從表3的數據對比看，影響鍋爐效率的排煙溫度同改前的運行值比較，在冷風溫度低6.8℃條件下降低7.6℃；冷風溫度低4.8℃條件下降低2.6℃。總的來說，排煙溫度未產生上升的趨勢，不會影響鍋爐的效率。熱風溫度改后有所提高，對燃燒的穩定是有利的。給水溫升同設計值吻合較好，未產生較大的波動。

4 結束語

陡河電廠8號爐省煤器改為膜式管束后，通過改造前、后運行值及設計值的對比，改造對鍋爐效率未產生不利的影響。同時提高了燃燒的穩定性，說明煙氣的熱量對給水及空氣的分配是合理的。

綜合以上所述，本改造達到了對熱力參數預計的要求。膜式省煤器的耐磨損壽命從理論計算上來看約在20年左右。