1 025 t/h鍋爐增容改造實踐

張凡志，陳強進，陶良福，常 樂

（1.臺州發電廠，浙江 臺州 318016；2.哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

臺州發電廠五期300 MW機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司制造的HG-1025/17.55-YM15、亞臨界中間一次再熱控制循環汽包鍋爐，使用中速磨直吹式制粉系統，固態排渣、半露天布置、單爐膛、平衡通風、四角切圓燃燒方式。為了提高機組能效、降低機組煤耗，對機組進行增容改造，銘牌出力增至330 MW，要求鍋爐的蒸發量增至1 086.9 t/h，需要對鍋爐各系統參數進行核算，在保證安全運行的基礎上，在2013年9—11月，結合機組大修，對五期9號鍋爐進行了增容改造。

1 鍋爐本體及輔機參數核算

對鍋爐進行改造，應盡量減少對鍋爐本體的大改動，從而減少工作量、降低成本、減小風險、縮短工期。根據機組增容至330 MW對應的汽輪機進汽參數，需要BMCR（鍋爐最大連續負荷）工況下汽水參數如表1所示。可見，汽輪機主汽門進口壓力維持不變，鍋爐過熱蒸汽出口壓力維持不變，僅流量增加，即鍋爐過熱器系統流量增加但壓力維持不變。

表1 鍋爐原設計及增容需要的汽水參數

鍋爐設計通常有一定裕量，再熱器系統進、出口壓力分別比原設計值高出0.19 MPa和0.179 MPa，但再熱器系統各受壓元件仍處于原設計壓力4.34 MPa以下，各元件強度滿足強度計算要求。從壓力角度，鍋爐一、二次汽系統受熱面強度滿足要求，可以安全運行。

機組鍋爐為單爐膛，四角切圓布置擺動式直流燃燒器，切向燃燒，采用煙混煤為設計和校核煤種，主要參數見表2，配置5臺上海重型機器廠有限公司產HP863型磨煤機（單臺磨煤機最大出力為38.5 t/h），采用正壓直吹式制粉系統，在BMCR工況下，4臺運行，1臺備用，原設計單臺磨煤量為29.75 t/h。

表2 鍋爐煤種主要參數

根據表1所列增容需要的汽水參數，并結合表2所列鍋爐煤種參數，進行鍋爐熱力校核計算，熱力計算結果主要數據如表3所示（僅列出BMCR工況設計煤種的部分計算結果）。通過熱力計算得出，在不增加受熱面的情況下，鍋爐原有受熱面能夠滿足鍋爐蒸發量增至1 086.9 t/h的要求。

表3 鍋爐原設計及增容后BMCR工況下的熱力計算結果

由表3可知，鍋爐燃煤量的增加需要磨煤機出力相應增加，增容后單臺磨煤量增加至33.4 t/h，原有磨煤機出力滿足需求。增容后給水壓力增至19.493 MPa，原給水泵型號為CHTC5/6，出口壓力為21.284 MPa，原有給水泵出力滿足要求。

隨著燃煤量的增加，煙氣和空氣流量和阻力均有增加。通過煙風流量計算，空預器進、出口煙氣量分別為1 351.7 t/h和1 417 t/h，空預器進、出口一次風量分別為244 t/h和181 t/h，一次風旁路冷風量為87 t/h，空預器進、出口二次風量分別為894 t/h和882 t/h。

通過煙風阻力計算，鍋爐本體煙氣側總阻力為2 215 Pa，燃燒器本體一次風側阻力為590 Pa，燃燒器本體二次風側阻力為1 000 Pa，空預器本體一次風側阻力為500 Pa，空預器本體二次風側阻力為800 Pa。增容改造前風機的流量及壓力參數如表4所示。

表4 增容改造前的風機參數

可見，增容后風機的流量、壓頭均不大于原有設計值并留有裕量，可以滿足增容改造需要。

根據熱力計算，鍋爐增容改造前后爐膛出口至空預器出口受熱面對應位置煙氣溫度變化曲線如圖1所示，過熱蒸汽溫度變化曲線如圖2所示，增容改造前后煙溫和汽溫變化幅度較小。但爐膛出口煙溫上升10℃對爐膛的結渣有影響，同時鍋爐燃煤量增加后，爐膛的熱負荷相應增加，如表3所示，爐膛的容積熱負荷為109.4 kW/m3，截面熱負荷為4.9 kW/m2，燃燒器區域熱負荷為1.64 kW/m2。

圖1 增容改造前后各受熱面煙氣溫度變化曲線

圖2 增容改造前后過熱蒸汽溫度變化曲線

鍋爐設計煤種為煙混煤，干燥無灰基揮發分Vdaf為36%，根據JB/T 10440-2004《大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設計規范》，增容后爐膛容積熱負荷、截面熱負荷和燃燒器區域熱負荷均在設計規范的推薦范圍內（見表5）。增容改造后，鍋爐的實際燃煤應有所選擇，避免造成爐膛嚴重結渣，影響鍋爐的正常運行。

表5 切向燃燒方式爐膛熱力特性參數的推薦范圍

2 鍋爐受熱面壁溫及強度核算

鍋爐各受熱面進口煙溫升高，會影響受熱面管子壁溫。如圖1和圖2所示，管外部煙氣溫度和管內工質溫度略有變化，為安全起見，按照增容后的熱力數據對鍋爐受熱面進行了壁溫和強度核算。

根據熱力數據和傳熱計算，增容后，鍋爐原有的受熱面能滿足吸熱量的要求，過熱器、再熱器出口的蒸汽溫度能夠達到額定值，無需增加受熱面面積；過熱器蒸汽阻力增加后，汽包的工作壓力也相應提高，但汽包的強度仍能滿足要求。

根據計算，除后屏過熱器外，各受熱面的進、出口汽水溫度，各管道、集箱的運行溫度均略低于設計值，處于允許變化范圍之內，同時設計壓力也不高于原設計值，各管道、集箱的強度均能滿足需求，其強度計算仍采用原設計值。

增容改造前后的后屏過熱器壁溫如表6所示，改造前后設計蒸汽溫度沒有變化，但管壁溫度呈增加趨勢。改造前后的后屏過熱器管子材料如圖3和4所示。12Cr1MoVG鋼主要用于壁溫不高于570℃的受熱面管子，T91鋼主要用于不高于625℃的高溫過熱器管子，TP304和TP304H鋼用于鍋爐管子允許的抗氧化溫度為705℃。

表6 后屏過熱器受熱面管子的設計壁溫

可見，原設計出口管段壁溫裕量過小，增容改造有必要更換部分后屏過熱器管子材質，從而提高壁溫安全裕量。

改造施工期間，對爐左至爐右共計20屏后屏過熱器管出口段實行了更換，施工期間采用水冷壁側墻單側開孔方式，作為新舊管屏的進出通道，大幅減少了后續恢復時間。

3 水冷系統及安全附件改造

鍋爐水冷系統為控制循環，配3臺濕式馬達爐水循環泵，BMCR工況設計為2用1備，蒸發量增加后，循環回路的出口最小含汽率裕量已經接近設計允許值，在實際運行工程中應加強觀察。

圖3 增容改造前的后屏過熱器管子材料

圖4 增容改造后的后屏過熱器管子材料

汽包內部原有的汽水分離器數量為56只，單只設計最大出力為18.6 t/h，需要增加分離器數量以滿足汽水分離出力要求。結合汽包現有結構空間情況，將汽水分離器增加至60只。在汽包內增加分離器，拆除汽包內原有的分離器及座板，在有限的汽包空間內進行了重新布置安裝。

鍋爐原設計10只彈簧全啟式安全閥，分別設置在汽包3只，主蒸汽管道2只，再熱器入口3只，再熱器出口2只。此外，裝有電磁泄壓閥1只。原設計汽包及過熱器出口安全閥總排放量為1 073.2 t/h，小于增容后的過熱器最大流量，因此，改造時更換了1只汽包安全閥，以滿足排放量出力要求，確保鍋爐安全運行。

4 改造前后性能試驗

為檢驗機組檢修和增容改造效果，在大修前后1個月內，分別以煙混煤為校核煤種對增容改造前后的鍋爐進行了性能試驗。由于設備密封老化等原因，造成空預器漏風率和飛灰含碳量較大，導致檢修前的鍋爐未完全燃燒損失和干煙氣熱損失較大，修前鍋爐熱效率僅為89.62%。結合機組大修，對相應設備進行了檢修。

增容改造后鍋爐性能試驗結果如表7所示。可見，通過本次檢修和增容改造，有效增加了鍋爐的最大主蒸汽流量，提高了鍋爐熱效率，降低了空預器漏風率。在保證鍋爐效率及NOX，CO排放合格的情況下，除飛灰含碳量略超過設計值外，其余各項指標均較好。

表7 增容改造后鍋爐性能試驗結果

5 結語

1 025 t/h鍋爐通過增容改造，增加鍋爐主蒸汽流量，提高了鍋爐熱效率，改造后各系統的各項參數滿足鍋爐安全穩定運行的需要。

增容改造后，鍋爐爐膛的熱負荷相應增加，爐膛出口煙溫升高，因此，在鍋爐運行中應對燃煤有所選擇，避免造成爐膛嚴重結渣，影響鍋爐的正常運行。如需要更換煤種，務必先進行燃燒試驗，確定合理的燃料摻配摻燒方案。

增容改造后，各級受熱面的煙氣流速增加，煙氣流速的增加會導致受熱面磨損加劇，尤其對鍋爐尾部省煤器受熱面，需要結合實際燃煤的磨損特性及運行情況，在停爐檢修期間加強檢查，必要時增加防磨措施。

增容改造后，如有涉及煙風道系統的其他改造，需要對輔機出力是否滿足重新進行核算，進而選擇合適的輔機設備。

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