DG670/13.7-8锅炉低温再热器改造

2013-11-19张林仙何春生

湖北师范大学学报(自然科学版) 2013年2期

张林仙，何春生

(1.湖北理工学院，湖北黄石 435003；2.湖北西塞山发电股分有限公司，湖北黄石 435002)

1 锅炉概述及存在问题

某电厂200MW机组锅炉是东方锅炉厂设计制造的DG670/13.7-8型锅炉，锅炉型式：超高压、自然循环汽包炉、单炉膛、一次中间再热、单锅筒Ⅱ型结构、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、钢筋混凝土构架、悬吊结构、半露天布置燃煤锅炉；锅炉原低温再热器结构为卧式π型布置，四圈绕的管圈，110排，蛇形管规格：φ42×3.5，材质为12Cr1MoVG，总重量为19.6t.该锅炉具有煤种适应性强，运行可靠稳定的特点。

实际运行中存在的主要问题：

1)再热汽温偏低

该型锅炉自在该公司投产运行以来，一直存在再热器出口汽温偏低，达不到540℃设计要求。该公司在2004年一次大修中进行了低温再热器的改造，增加了一组四圈绕的管圈，卧式π型布置，在运行初期再热汽温能达到540℃。经过几年8年运行后，再次出现再热汽温达不到设计要求。

2)受热面管壁超温，排烟温度偏高从目前运行情况看，由于锅炉实际燃用的煤质较差，加上锅炉吹灰系统不能正常投入使用，最为严重的是低温再热器经过长期运行，原抽出的管道行程增加，阻力也随之增加，而且管道内蒸汽流量分配不均匀，出现了增加部分的受热面管壁超温情况，现在的局部壁温达620℃，远远超过12Cr1MoVG的允许温度(其允许温度为580℃)，导致增加部分受热面最上部管材出现严重球化现象，在2011年6月的一次停机检查中发现并更换球化严重的管段34根。目前运行部门采取了控制壁温的运行方式，但再热汽温只能保证在500℃到520℃之间，并且排烟温度偏高，使得锅炉煤耗增加，经济性下降，严重影响机组安全经济运行。具体见锅炉运行参数(表1)和煤质成分(表2)。

表1 锅炉运行负荷参数

表2 锅炉煤质成分

2 原因分析

2.1 低温再热器超温爆管原因分析[1]

1)该锅炉低温段再热器在2004年大修中所增加的受热面仅通流一部分的再热蒸汽，其布置为在低再炉内最上层4根直管中部切断，上部加装近600m2的受热面，下层4根管段的蒸汽流程不变。改造后即存在低再受热面受热不均，外圈4根管换热量较大的情况，是造成低再受热面超温主要原因。

2)因加装的受热面为非均匀布置，上层4根管的蒸汽流程较长，每根管弯头较下层多出8个，存在的蒸汽流程阻力较大，压降较高，造成蒸汽流量偏小的情况，因此低再受热面内的蒸汽流量偏差则是造成受热面超温的根本原因。

3)该锅炉为四角切圆锅炉，一次风及三次风均为#1、3角对切，#2、4对冲的方式，三次风未采用反切消旋方式，因此从锅炉的设计上即存在烟温偏差的问题，从现场仪表记录来看，烟温偏差最大时，甲侧烟温较乙侧高近100℃，这与大修后的低再管壁温度分布情况也是相对应的。因此，烟温偏差则是造成低再受热面超温爆管的次要原因。

4)为解决管壁超温，运行中的减温水量偏大，造成运行中平均再热蒸汽温度偏低。

2.2 导致排烟温度升高的原因分析[2]

1)煤质变化的影响：由于当前该公司使用的煤种来源比较复杂，煤质较差，主要体现在挥发份较低，灰分偏高，发热值偏低。当燃烧挥发分偏低的煤种时，煤粉在炉内要有足够的停留时间，即顶层一次风喷口到屏底的距离要足够，才能使煤粉燃烧充分，保证炉膛出口烟温在设计值范围内。从锅炉的实际的燃用煤种来看，煤的挥发份比设计低5%，发热值偏低，乙侧低温再热器进口烟温只有690℃，甲侧低温再热器进口烟温684℃，实际的吸热量不足，加上低温再热器受热面偏少，为了保证再热器的参数，只有将挡板的开度加大，造成排烟温度偏高。

2)受热面的污染：造成锅炉排烟温度偏高的另外一个重要原因是锅炉的吹灰器未投，预热器和省煤器不能有效的吸热，使得受热面上的积灰增加，积灰增加引起受热面的粘污系数增加，降低受热面的传热。尾部烟气在烟道内的分配不均匀(烟道设计有问题)，各段受热面的吸热没有达到设计值，使下级下组空气预热器出口的烟气温度增加。

3)在正常的条件下，过热器侧的烟气流量随锅炉负荷的增加而增加，再热器侧的烟气流量随锅炉负荷的增加而减少。该炉的热力计算中，B-MCR工况下，设计的再热器侧的烟气量为总量的42.5%.而在实际运行时，由于受热面偏少，为了保证再热汽的温度，再热器侧烟气调节挡板全开的，而过热器侧的开度为50%，流量的分配是再热器侧的烟气量为总量的70%以上。使得前烟道的烟气量远远大于设计值，烟速高，使高温段的再热器管子超温，低温段的管子的磨损速度加快，特别是管排出列的管子更容易磨损爆管。灰分增加会进一步使低温段受热面的磨损加快。

3 低温再热器改造的施工方案[3]

经过对锅炉改造前后进行整体的热力计算后，提出采取立式布置8根绕管的改造方案，并按以下方案进行具体施工。

1)在原设计的上组低温再热器的上面增加一部分垂直段受热面，八根管子全部抽出，高度约为4300，增加计算受热面积约800m2，受热面的一部分位于水平烟道出口，换热效果好，充分吸热，一部分在前烟道内。改造后，可使再热器侧和过热器侧的烟气流量分布更加合理，经计算，B-MCR工况下，再热汽温达到540℃，再热器侧的烟气流量为42.5%，即：运行时，再热器侧的挡板开度约50%(B-MCR工况)以下，过热器侧全开，使得尾部烟气挡板的再热蒸汽温度调节作用更加有效。本改造的方案采用八根管子全部抽出的立式布置，既避免了管子的阻力不均，造成蒸汽的分配不均匀，又避免了增加部分的低温再热器上组管子的超温和爆管。

2)在原设计的上组低温再热器的上面增加一部分垂直段受热面，八根管子全部抽出，立式布置，高度约为4000mm，增加计算受热面积约800m2，受热面的一部分位于水平烟道出口，换热效果好，充分吸热，一部分在前烟道内。改造后，可使再热器侧和过热器侧的烟气流量分布更加合理，经计算，B-MCR工况下，再热汽温达到540℃，再热器侧的烟气流量为42.5%，即：运行时，再热器侧的挡板开度约50%以下，过热器侧全开，使得尾部烟气挡板的再热蒸汽温度调节作用更加有效。

3)本次改造的方案采用八根管子全部抽出的立式布置方案，既避免了管子的阻力不均，造成蒸汽的分配不均匀，又避免了增加部分的低温再热器上组管子的超温和爆管。

4)原设计低温再热器为42×3.5蛇行管束，横行节距S1为107.5mm，共110排。将低温再热器出口段管子向上拉起，高度4000mm，突起部分增加吊挂装置，将这部分增加的荷载传递到顶板上，增加的蛇形管吊挂装置从后竖井前烟道中间位置穿过顶棚，此处需割除顶棚扁钢，并进行现场密封，顶板上焊接吊梁，选用刚性吊架。

5)充分考虑检修的要求，在侧包墙水冷壁上每侧加两个检修人孔门。

6)采取有效的防磨措施，采用在向火面加防磨盖板，设加强型管夹将增加的管排定位，保证管排的平整度，防止管子出列。

7)增加的竖直受热面部分，采用T91材料，T91与12Cr1MoVG连接处，加异种钢接头。由于T91材料对焊接和弯曲很敏感，管屏制造完毕后，进行整体热处理，消除焊接残余应力和弯曲残余应力。

8)改造的范围：出口端在出口管排穿墙后500mm(出前包墙500mm)，入口端的#8管子在距中隔墙500mm。#1～#8管口进口侧以45°方向依次排列，出口侧垂直布置。

4 改造后的效果

改造后低温再热器达到了较好的性能要求，具体见改造前后锅炉运行参数的对比(见表3)。1)保证机组在160MW及以上负荷，再热器入口汽温300℃时，再热器出口汽温达到 ℃，再热器挡板有调节裕度；2)机组在110MW及以上负荷，再热器入口汽温280℃时，再热器出口汽温达到535℃；3)无论何种工况，低温再热器出口壁温不超温(12Cr1MoVG管材壁温不超过560℃， T91管材壁温不超过610℃)，烟气速度不超过规程要求。过热器汽温满足设计要求，过热器喷水有调节裕度(过热器减温水量控制在5-8T/h),再热器减温水量控制在0～2T/h.