陡河电厂国产670t/h锅炉膜式省煤器改造

刘炜

摘 要：为了提高陡河电厂8号炉省煤器的耐磨损寿命，将省煤器原来的光管管束改为膜式管束。膜式省煤器是近年来在我国广泛推广的新型技术。从结构上看，膜式管排将烟道分割成若干个小的烟气通道，起到均布烟气流速场的作用。膜式省煤器的耐磨能力强，普遍认为的理由是含灰烟气在膜式管排形成的小烟气流道内的流动状态。烟气中大的灰颗粒趋于中间，极细的灰颗粒靠近受热面流动。大颗粒飞灰的趋中效应是膜式省煤器的耐磨机理。通过改造前、后运行值及设计值的对比，改造对锅炉效率未产生不利的影响，同时提高了燃烧的稳定性，说明烟气的热量对给水及空气的分配是合理的。

关键词：省煤器；膜式；磨损；传热系数；应力；吊挂管

1 基本情况介绍

陡河电厂8号炉是哈尔滨锅炉厂制造的HG-670/140-9型炉，1987年10月投运。该炉的省煤器分两级布置，高温省煤器布置在尾部烟道内冷段再热器与高温空气预热器之间，低温省煤器布置在高、低温空气预热器之间。实际运行经验表明，省煤器的磨损泄漏是一个十分突出的问题，影响机组的安全运行。1991年9月低温省煤器发生第一次磨损泄漏，做堵管处理。由此看来，其耐磨损寿命比较短。从省煤器的检查情况看，磨损是较为严重的，管壁的磨损量达到2mm的发现多处。为了提高省煤器的耐磨损寿命，对该炉的省煤器做了全面技术改造，将原来的光管管束改为膜式管束。

膜式省煤器是近年来在我国广泛推广的新型技术。从结构上看，膜式管排将烟道分割成若干个小的烟气通道，起到均布烟气流速场的作用。光管省煤器磨损泄漏的經验证明，造成受热面管壁严重磨损的一个关键因素是烟气流速场的不均匀分布。即使设计烟速较低的受热面，由于流速场分布不均，也会造成严重的磨损。膜式省煤器的耐磨能力强，普遍认为的理由是含灰烟气在膜式管排形成的小烟气流道内的流动状态。烟气中大的灰颗粒趋于中间，极细的灰颗粒靠近受热面流动。而大颗粒飞灰的趋中效应正是膜式省煤器的耐磨机理。

2 膜式省煤器的改造设计

由于采用膜式省煤器是为了提高耐磨能力，所以从热力参数上应力求不发生较大变动为原则。原装的光管省煤器管排全部使用Φ32×4的#20钢管，错列布置。本改造中为提高膜式管排的刚度，同时也为加工制造的便利，采用Φ38×4.5规格的#20钢管。原设计管排采用双管圈结构，每个管排有4个安装焊口。本设计中简化了管排的结构，采用单管圈结构，每个管排减少2个安装焊口。简化了管排的加工程序，也减少了安装工作量。

改造前、后省煤器的结构、烟速及水速变化对比见表1。

从中可以看出，改造前、后按设计煤种及额定负荷计算，烟速及水速都有所提高。高、低温段的烟速分别提高了0.69m/s和0.74m/s。提高烟速出于两个方面的考虑。一是膜式省煤器的热工计算还没有统一的标准，根据其他厂的改造经验，膜式省煤器的传热系数要比普通光管的低15-20%。因此提高烟速可以有效地提高传热系数，弥补膜式省煤器的这一不足。二是本改造中管排使用Φ38×4.5单管圈结构，烟速较低时就要使管排布置得稀疏，工质的通流面积减小，水速提高，压力损失大，是不利的。所以尽可能地选取较高的烟速，多布置管排以取得较低的水速。水速提高后，经水力计算，省煤器的压力损失为0.27MPa（2.79Kg/cm2），占汽包工作压力的1.78%，符合规范的要求。

由于膜式省煤器的换热面积多加了鳍片两侧的面积，所以同原来的光管面积相比增加的幅度较大，高、低温段分别增加了65.7%和77.3%。在膜式省煤器的设计中其难点就是换热面积的确定。原因是没有标准的热力计算方法，其传热系数不能准确地计算。如果换热面积误差较大就会造成排烟温度及热风温度的较大变化，并给锅炉运行带来其他的问题。

改造设计中另一个值得注意的问题是吊挂管及支撑梁的强度核算。高温段的全部管排通过其出口联箱悬挂在吊挂管的下端，其上还吊挂着冷段再热器的全部管排。改造后高温省煤器的重量载荷由70383Kg增至100474Kg，增加了30.1吨的重量载荷。因此，必须校核吊挂管的工作应力。

低温省煤器采用钢梁支撑和吊挂的方式，管排的下片由下侧梁支撑，上片由上侧粱吊挂。改造后总的重量载荷增加了54.2吨，为了使粱的刚度不降低，通过计算加大了梁的截面尺寸，其高度由200mm增至270mm，截面的宽度不变。表2列出了重量载荷及力学性能的变化情况。

改后吊挂管的重量载荷增加了15.8%，而最大工作应力仅增加了6.8%，使用了许用应力的47%，结论是安全可靠的。支撑梁的截面尺寸加大后截面惯性矩增加了一倍以上，刚度增大，桡度亦比原来的小。上侧粱原来布置在上片管排之上，工作温度高。改后将上侧粱布置在上片管排之下，既便于安装，又降低了材料的工作温度，并将材质由16Mn降为A3钢。

鳍片管的制造采用自动埋弧焊。我厂建成的焊接生产线可生产出高质量的鳍片管。制造工艺中应注意两个问题，鳍片的起弧点应同管端错开10mm以便于坡口的加工。另一个工艺中的问题，管子的下料尺寸一定要大于设计尺寸，因为管子焊接膜片后会发生一定量的收缩。如按照设计尺寸下料则会造成废品，达不到设计尺寸。

3改造后的热力试验结果

锅炉尾部烟道高温省煤器以下顺序布置高温空气预热器、低温省煤器和低温空气预热器。烟气的热量分配给省煤器的给水和空气预热器的空气。所以给水温升、热风温度及排烟温度是判断改造效果的主要参数。表3列出了改造前、后的运行值及设计值。

从表3的数据对比看，影响锅炉效率的排烟温度同改前的运行值比较，在冷风温度低6.8℃条件下降低7.6℃；冷风温度低4.8℃条件下降低2.6℃。总的来说，排烟温度未产生上升的趋势，不会影响锅炉的效率。热风温度改后有所提高，对燃烧的稳定是有利的。给水温升同设计值吻合较好，未产生较大的波动。

4 结束语

陡河电厂8号炉省煤器改为膜式管束后，通过改造前、后运行值及设计值的对比，改造对锅炉效率未产生不利的影响。同时提高了燃烧的稳定性，说明烟气的热量对给水及空气的分配是合理的。

综合以上所述，本改造达到了对热力参数预计的要求。膜式省煤器的耐磨损寿命从理论计算上来看约在20年左右。