全涂层镍基钎焊螺旋肋片管省煤器的应用

张日亮 杨赓 覃巍巍 钟屹

摘 要：简要介绍了山东黄台发电厂在7# 锅炉上采用镍基钎焊螺旋肋片管省煤器的技术改造工作。该锅炉的原省煤器采用高频焊接螺旋肋片管，由于自身的不足以及长期运行磨损和严重积灰，导致排烟温度过高，锅炉的效率受到很大影响。改造后原来的积灰问题得到了解决，省煤器的传热性能大大提高，锅炉的效率也得到了提高，使用寿命和无故障运行周期也大大延长。经过多年运行的实践，表明改造非常成功。

关键词：省煤器；螺旋肋片管；钎焊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.033

山东黄台发电厂7# 锅炉是日本三菱公司生产的，带一台300MW机组，该公司的炉型先进，结构紧凑。自投运以来，由于长期运行和本身设计上的不足，省煤器出现了严重的磨损爆管、堵灰和偏流现象，亟待检修更换。青岛新能源科技有限公司于2004年底给山东黄台发电厂7#锅炉进行了技术改造；采用全涂层镍基钎焊螺旋肋片管代替原来的日本的高频焊肋片管，改造工作比较成功；从2005年投入运行以来，排烟温度等技术参数都达到了设计要求，磨损爆管、堵灰及偏流现象基本得到了解决。锅炉燃烧状况明显得以改善，效率提高明显。

1 原高频焊肋片省煤器的运行状况

山东黄台发电厂7#锅炉是日本三菱公司生产燃煤锅炉，带一台300MW水冷发电机组。该锅炉排烟温度一直偏高，满负荷情况下，出口温度达170℃。锅炉中的省煤器采用高频焊肋片管形式，长期运行来一直存在偏流、堵灰、磨损爆管等问题，影响了企业的正常生产，给生产管理带来了很大的不便。在285MW工况下实测，省煤器进出口烟气温度之差只有80多℃，比设计值少了约30℃，说明省煤器的实际传热量比设计值少了约40%，这是排烟温度高的主要原因。由于排烟温度偏高，使锅炉效率、机组的经济性明显降低，煤耗升高，同时，排烟温度高也无法进行高效率的脱硫。从而引起的锅炉省煤器经常爆管漏水、漏气，一旦省煤器发生爆管，锅炉必须停运检修，暂停发电，损失巨大[1]。

由于日本能源缺乏，生产的锅炉结构紧凑，省煤器弯管半径过小，管子减薄量大，在弯头部位易于爆管；再者，省煤器采用高频焊螺旋肋片也对母管有一定的损伤，易于破裂而爆管；高频焊接螺旋肋片的肋片根部有很多褶皱，高频焊接只是金属接触部分进行了焊接，褶皱部分容易行程积灰，久而久之肋片部分产生堵灰，烟气就会偏流，弯管部分没有肋片容易导致过热，而发生爆管。

运行期间，为了保证生产的进行，该厂定期停炉清理检查，同时对弯管部分适当增加防磨套。清理工作非常难，工作量大，效果不明显，由于原设计与生产的自身不足，半个月后，省煤器肋片又开始堵灰，烟道烟气偏流严重，局部弯管温度高而发生爆管。烟气偏流问题、爆管现象得不到解决，进而会引起省煤器及后端的空气预热器磨损继续加大；人工清灰也容易引起省煤器管大面积穿管漏水，最后不得不停机检修。

2 方案的选择确定

原设计省煤器直管部分已经采用肋片扩展换热面积，而且结构紧凑。要降低排烟温度，只能再增加换热面积或者提高材料的传热系数和解决积灰问题。综合以往的改造经验，采用了气体保护熔炉钎焊工艺能提高传统系数，并且全涂层镍基钎焊工艺材料表面光滑，可以减少积灰。通过比较决定采用全涂层镍基钎焊技术，焊接部位接触好，熔合率可达99%，导热效果良好，并且对于管子没有任何损伤。很好地克服了高频焊方面的不足。

（1）采用纵向钎焊鳍片技术，该技术曾经在山东潍坊发电厂高温再热器上使用，效果良好[2]；但扩展面积远远达不到。图1纵向钎焊布置。

通过计算， X的高度达到46.24mm.如果把纵肋增加成16片，X的高度可以减低一半，但生產加工无法实现。另外这种布置形式，沿纵向管子上部有储灰槽，容易储灰，缩减了换热面积，降低换热效果。该方案不可行。

（2）采用螺旋形肋片布置，图2螺旋肋片布置。经过计算，采用材质08Al-GB3526-83，材料规格1.3mm*18.5mm，间距10mm的螺旋肋片，采用全涂层钎焊工艺，即可增加换热面积，提高换热效率，使得省煤器换热量达到原设计状态。省煤器母管材质：20G-GB5310。另外为了更好能使锅炉的运行更加可靠，决定将省煤器直管部分的壁厚由3.8mm增加到4.0mm，即：Ф45×4mm，弯头部分的壁厚由3.8mm增加到4.5mm，即：Ф45×4.5mm。同时，为了避免爆管的发生，增大了弯管的弯曲半径，使弯管外壁不至于太薄弱。

3 镍基钎焊工艺的特点

镍基钎焊属于固相连接，他与熔焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。

钎焊具有以下优点：

（1）钎焊加热温度较低，对母材组织和性能影响较小；

（2）钎焊接头平整光滑，外形美观；

（3）焊件变形较小，尤其是采用均匀加热的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度。

本次镍基合金钎料采用氩气气体保护炉中钎焊，很好的保证了钎焊质量。炉温为1050℃一1100℃，焊后在一定冷却速度和温度下冷却，保证母材的机械性能和金相组织等。钎焊层的满焊面积达到99%以上。

4 镍基钎焊的性能

生产过程中，根据电厂方面要求，随机抽取两段产品试样提交山东电力研究院锅检中心进行检测。送样为全涂层镍基钎焊螺旋肋片管两段，各300mm 长。锅检中心试验室，采用纵向以及横向45°等离子切割两段试样进行截面的宏观、金相组织和微观质量检验，对母材也相应做了机械性能测试。结果满足相关标准的技术要求。（图3金相检测的试样）

5 改造后的效果

对7# 锅炉省煤器进行了改造，经过各方面的共同努力，取得了一次试压成功、一次冲转成功、一次点火试运成功，给厂方带来了巨大的经济效益和社会效益。改造后锅炉热效率提高了1.66个百分点，即：

Δη=η2-η1=89.8%-88.14%=1.66% （1）

则改造后年标煤节省量为：

ΔB=B×Δη/η1×τ×Qar.net/29.31 （2）

其中，B—锅炉燃煤量，150 t/h；

τ—锅炉年运行小时数，5 000 h；

Qar.net—燃料低位发热值，21.86 MJ/kg。

计算得ΔB=10 535 t/年。

按标煤价格600元/t计，每年燃料费节省632万元。

经过多年的运行，证明了青岛新能源科技有限公司的改造是卓有成效的。机组运行安全可靠，排烟温度比原来改造前降低30℃，可使锅炉效率提高1.66%，根据计算，每小时可节煤2.11t，一年按5000小时计算，则可节煤10535t。这样该机组省煤器的改造使厂方增创效益达632万元/年。同时由于采用钎焊技术，省煤器表面大大的减少了积灰，增加弯曲半径，有效地抑制爆管、泄露等事故，根据计算，如果少发生一次爆管事故，就可以减少损失750万元以上。

6 结语

山东黄台发电厂7#锅炉全涂层镍基钎焊螺旋肋片管省煤器的改造应用，经过10多年的运行，证明理论上是可靠，技术上可行。为今后锅炉改造提供了一种有效的节能措施。#7锅炉省煤器的改造是完全成功的，确保了设备的安全运行，提高了锅炉效率达1.66%，使机组的经济性大大提高。

参考文献：

[1]张梦珠.工业锅炉原理与设计[M].北京：水利电力出版社，1990.

[2]张日亮，张梦珠，韦德旺.钎焊鳍片管在锅炉高温再热器上的应用 [J].能源技术，2009，4，30（02）：126-128.

作者简介：张日亮（1978-），男，工学学士，高级工程师，从事节能技术开发与市场服务工作。