鳍片管式省煤器在130 t/h煤粉锅炉上的应用

2013-08-15任富强殷延星乔丽娟

河南化工 2013年15期

任富强，殷延星，乔丽娟

(河南煤气(集团)有限责任公司义马气化厂，河南义马 472300)

豫西某企业有煤粉锅炉三台，额定负荷均为130 t/h，原设备采用光管双列省煤器。自2001年投产以来，随着使用时间的增长，省煤器换热效果逐渐降低，出口水温由原来的249℃最低降低到210℃左右，排烟温度由原来的147℃上升到220℃左右。根据实际情况，该厂有关技术人员查阅大量资料，经过慎密核算，在2012年开始，逐步对三台锅炉省煤器进行了技术改造。其中，2号锅炉原光管省煤器更换为鳍片管省煤器，于2012年10月29日改造完成，投入使用。从几个月的实际运行来看，达到了预期的效果，对同类型锅炉具有较好的借鉴作用。

1 概述

该企业2#锅炉是东方锅炉厂设计制造的DG130/3.82－9型锅炉，因为锅炉实际使用的尾部受热面面积低于热力计算书的面积，几年来由于各种因素使尾部排烟温度慢慢变化升高到现在温度;目前2#锅炉现运行参数与原设计值差别较大:炉蒸发量低于额定值25 t/h，省煤器出口水温低于设计值约25℃，排烟温度高于设计值约78℃。为了改变2#锅炉现运行参数与原设计值差别较大的状况(省煤器出口水温低、锅炉排烟温度高)，拟对锅炉本体的省煤器进行改造。

降低锅炉排烟温度的措施很多，一般有增加省煤器换热面积、调整燃烧中心位置、合适的煤粉细度、调配燃料在设计范围、给水温度再设计范围等方面，其中设法增加省煤器换热面积是切实可行的一项。

省煤器可分为铸铁省煤器和钢管省煤器，大中容量的锅炉广泛采用钢管省煤器。钢管式省煤器是由许多呈错列或顺列布置的蛇形管与进、出口联箱组成。大部分的省煤器都采用光管式受热面，随着锅炉技术的不断进步，鳍片管式省煤器越来越多的应用于锅炉装置中。

2 原因分析

根据该企业2#锅炉运行现状，锅炉排烟温度升高的主要原因就是省煤器换热效果降低。因为原省煤器受热面过少，使得省煤器吸热量过低，运行参数达不到正常参数，按常规要求省煤器应该有17% ～25%的沸腾度，由于达不到沸腾度，使低温水经过汽包水冷壁，由水冷壁进行吸收热量，因为传热系数一定，造成水温和沸腾度过低，为了保证锅炉负荷要求，在锅炉运行过程中向炉膛内不断增添燃料，通过增加燃煤量才能达到运行参数;按照现有使用煤种计算，每台锅炉的耗煤量比原来多增加450 kg/h，每天多耗煤达十余吨，因耗煤量升高，使得烟气热焓升高，但是过热器和空气预热器换热面面积都是一定的，因此过热器、空气预热器吸收热量是一定的，而省煤器因为面积不够吸收不了多余热量，使得尾部排烟温度逐步升高。

实际运行发现锅炉运行过程中的主给水化验SiO2含量偏高(见表1)，原设计中SiO2含量为20 mg/L，这样可以判断水冷壁、过热器、省煤器管子内壁都有结垢，降低了传热系数，使之吸热效果降低，这也是尾部排烟温度升高的主要原因之一。

表1 SiO2含量分析

针对2#锅炉的运行状况，可以判断:排烟温度升高主要是由以上几条造成的。

3 改造实施

3.1 改造原则

根据以上分析和省煤器的作用可知，导致2#锅炉省煤器出口水温低、锅炉排烟温度高的主要原因是给水在省煤器中吸热不足。因此，必须增加省煤器的受热面积。

因为原省煤器蛇形管管系是双排光管设计，由Φ32 mm×4 mm钢管弯制而成，共上、下二组，与空气预热器是交叉布置，蛇形管管系为顺列布置，在上下级省煤器的上两排和弯头处分别装有防磨片和防磨盖板以防止飞灰磨损;上下两级省煤器进出水管用Φ 76 mm×4 mm的4根管子相连，省煤器的全部重量支撑在尾部构架上。

保证上、下两级省煤器蛇形管管系的进水集箱位置不变，出水集箱位置提高;其主要材料的材质和规格不变;空心粱安装位置不动;在不影响安装的情况下，采用原来管系的支撑架。

3.2 改造措施

针对该省煤器的结构条件，在保证省煤器安全运行和改造原则要求的条件下，将原光管式改为鳍片式省煤器，由于鳍片管省煤器的受热面得到了较大扩展，可充分降低排烟温度。①上级省煤器，上部鳍片式省煤器的上部增加二圈管排，横向排数为30，横向节距100，纵向排数为40，纵向节距为45。②下级省煤器，下级鳍式省煤器的上部增加二圈管排，横向排数为30，横向节距100，纵向排数为24，纵向节距为45。③上下级省煤器的上二排和弯头处分别安装不锈钢防磨盖板可以防止飞灰磨损。④集箱位置不动，重新制作。⑤省煤器由顺排改为错排式。⑥管系的上部原设计的鳍片改造成不锈钢防磨罩，达到减少积灰的目的。

在原来省煤器的基础上通过增加受热面面积可以解决达到降低排烟温度的目的，根据锅炉总图和省煤器布置图，在上下级省煤器上部增加面积后，空气预热器和省煤器之间的检修空间基本不变。

3.3 相关计算

省煤器改造前技术参数:①管子规格:Φ32 mm×4 mm;②原设计上级省煤器受热面面积为828.55 m2;③原设计的下级省煤器受热面面积为458.15 m2。

省煤器改造后技术参数:改造后上、下级省煤器受热面面积分别为1352.8 m2和862.58 m2。

锅炉在正常运行情况下，环境温度为20℃，扁钢面积按照35%实际面积计算，得到的排烟温度为129℃，可以保证排烟温度在夏季低于150℃，冬季高于130℃。具体如表2所示。

表2 改造前后设计参数

通过上述热力计算结果来看，省煤器出口温度降低36℃以上，其尾部排烟温度下降31℃。

3.4 改造前后受热面积比较

改造前后多热面积比较见表3。

表3 改造前后多热面积比较

3.5 锅炉热力计算分析

根据锅炉运行记录排烟温度187～203℃，偏高。当煤种变化热值降低，排烟温度又会升高。为此宜增加省煤器受热面积，由原光管受热面积高温段779 m2增加到1179 m2，低温段452 m2增加到703 m2，改造后排烟温度135℃，符合要求。改造后受热面积增加后省煤器吸热量增加，出口水温相应升高，还存在欠热，运行安全性完全得到保证。省煤器采用鳍片式管束后，改变了省煤器管间烟气的流场，使烟气对管壁的磨损速度降低原来的20% ～30%，靠近省煤器管壁的烟气中飞灰浓度降低1/3左右，大大减轻了管壁的磨损，延长了省煤器的耐磨寿命。改型后锅炉燃料量适当降低，改型后蒸发量没有变化，水流通截面基本没有变化。

省煤器改造后需要煮炉，在煮炉过程中通过加药，来消除结垢，使得SiO2含量达到规程要求，保证结果不大于20 mg/L。

4 改造效果

4.1 改造后运行情况

2#锅炉于2012年7月26日停运，进行包括省煤器、除尘器、输灰系统、脱硫系统的综合改造，于10月29日2#锅炉开始煮炉，11月5日正式投入运行，到目前为止已经运行几个月。运行期间，锅炉达到了满负荷130 t/h，各项参数基本达到改造要求，现将运行状况总结如下:①改造后省煤器吸热量增加，出口水温到达了251℃，排烟温度由245℃降低至167℃，基本满足了包括电袋除尘器在内的锅炉整体运行要求，同时也降低了锅炉煤耗，达到了节能的效果。同时，省煤器采用鳍片式管束后，改变了省煤器管间烟气的流场，使烟气对管壁的磨损速度降低，靠近省煤器管壁的烟气中飞灰浓度降低1/3左右，大大减轻了管壁的磨损，延长了省煤器的耐磨寿命。改造前后运行参数对照见表4。

表4 改造前后运行参数对照表

4.2 经济效益核算

2#锅炉改造后，锅炉负荷由原105 t/h提高至130 t/h，增加了25 t/h，同时排烟温度由原245℃降至167℃，省煤器出口水温由原来230℃提高至251℃。根据经验值:排烟温度每升高15～20℃，排烟温度热损失将增加1%，可推算出改造后锅炉效率提高了4%，煤耗降低了6.59 kg/t。计算煤价为350元，运行时间按8000 h，锅炉平均负荷为125 t/h计算，仅此一项，改造后年节约费用:350×6.59×125×8000÷1000≈230万元。