利用鳍片式管束对SP余热锅炉过热器的优化改造

胡印胜 罗 王 姜兴鑫

（1山东深信节能环保科技有限公司， 山东 滕州 277500；2华新水泥股份有限公司， 湖北 武汉 430070）

某水泥公司余热电站窑尾SP余热锅炉出口蒸汽温度设计为250℃，需要与窑头AQC余热锅炉产生的蒸汽混合后进入窑头ASH蒸汽过热器过热至380℃，经室外蒸汽管道送至主厂房进入汽轮机发电机组做功发电。

实际运行中，由于在熟料生产线点火升温过程中，预热器出口废气温度较高，窑尾SP余热锅炉产生的蒸汽过热度较小，因此不能单独投入SP余热锅炉发电；熟料生产线断料后，此时窑头ASH蒸汽过热器废气温度降低，不能把两台余热锅炉产生的蒸汽过热至所需温度，汽轮发电机不能维持运行，被迫停机，特别是近年来，该水泥公司利用回转窑协同处理工业危废、生活垃圾，窑系统用风量增加，造成窑尾热量升高，窑头热量降低，进入汽轮发电机组的主蒸汽温度一直较低，严重影响了系统热效率。

提高SP余热锅炉出口蒸汽温度，产生的蒸汽直接进入汽轮轮机是解决以上问题的关键，本文对采用鳍片式管束对原SP余热锅炉过热器改造以及改造后效果做详细介绍，以供同类型锅炉改造参考。改造前SP余热锅炉中压过热器结构及锅炉参数。

1 改造前SP余热锅炉中压过热器结构及锅炉参数

1.1 中压过热器管束结构

管子规格：Φ38×3.5mm

横向间距：100mm

横向排数：2×25排

纵向间距：80mm

纵向排数：出厂6排；第一次改为14排

布置类型：光管顺排布置(见图一：改造前光管管束布置图：) 图一：改造前后过热器管束布置图

1.2 改造前实际运行参数

受锅炉内部空间所限，水泥工厂于2013年把SP余热锅炉中压过热器纵向排数从6排增加到14排，锅炉出口蒸汽温度虽有所提高，但是SP余热锅炉产生的蒸汽仍然要送到ASH蒸汽过热器进行过热，无法单独送至汽轮发电机组做功发电，SP余热锅炉实际运行参数为：

进口废气量： 369000 Nm3/h 进口废气温度：355℃

中压段出口废气温度：207.3℃ 产汽量： 31.14t/h

蒸汽压力：1.75MPa(a) 蒸汽温度： 291℃

给水温度：100℃

2 采用鳍片式管束对SP余热锅炉过热器进行改造

2.1 扩展受热面选择

锅炉常用的扩展受热面有肋片管（螺旋翅片管、H型翅片管）、膜式管、鳍片管等。

水泥厂余热电站窑尾SP余热锅炉进口废气粉尘浓度高达80-150g/Nm3，粉尘颗粒细、硬度低、易积灰，所选扩展受热面结构应能避免管束废灰大量积聚；锅炉进口废气温度280℃～400℃，废气温度波动较大，受热面管子随温度能够自由膨胀收缩，防止管束之间产生温差应力过大造成管束变形或损坏。考虑以上因素，本改造采用鳍片管。

2.2 鳍片式过热器的特点

a) 鳍片管是沿光管轴线外两边焊接矩形钢带，使得单位管长的换热面积增加较多，故在有限的空间内，可以最大可能的增加换热面积，本次改造采用的鳍片管扩展系数为1.767；

b) 窑尾废气温度变化较大，鳍片和管子采用同一材质，一起膨胀或收缩，管子之间留有一定间隙，整个管片不会产生温差应力对管子造成损害；

c) 废气是顺着鳍片方向流动，两侧鳍片起到导向作用，对于含尘量较大的废气，积灰较轻；

d) 管束错排布置，能增加鳍片间气流的扰动，起到传热强化的作用。

2.3 鳍片过热器管束结构

管子规格：Φ42×3.5mm

鳍片高度：25mm

鳍片厚度：3mm

横向间距：130mm

横向排数：2×41排

纵向间距：61mm

纵向排数：11+11排

布置类型：鳍片错排布置（见图一：改造后鳍片管管束）

2.4 热工核算

2.4.1 核算废气参数：

进口废气量： 369000 Nm3/h 进口废气温度： 355℃ 核算中压段出口废气温度：206.9℃ 核算蒸发量： 29.8t/h 蒸汽压力： 1.75MPa（a） 核算蒸汽温度： 340℃ 给水温度： 100℃

2.4.2 改造中压段传热部件核算结果汇总（见表）

表：改造中压段传热部件核算结果汇总 名称及符号 单位 过热器 蒸发器1 蒸发器2 蒸发器3 蒸发器4 蒸发器5 省煤器 管子规格 mm 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 38×3.5 管子排列方式 鳍片错排 光管顺排 光管顺排 光管顺排 光管顺排 光管顺排 光管顺排 横向排数 40+38 48 50 50 50 50 52 纵向排数 11+11 21 21 21 22 22 44 对流受热面积 m2 1937 1251 1303 1303 1397 1397 2598 废气进口温度 ℃ 355.00 337.48 305.98 281.29 263.10 248.81 238.35 废气出口温度 ℃ 337.48 305.98 281.29 263.10 248.81 238.35 206.87

工质进口温度 ℃ 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 100.00 工质出口温度 ℃ 340.00 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 废气流量 Nm3/h 369461 370476 371583 372690 373797 374904 375919 工质流量 kg/h 29753 / / / / / 31645 废气平均速度 m/s 6.81 7.30 7.16 6.91 6.73 6.59 6.03 传热系数 W/℃.m2 26.84 35.80 35.09 34.21 33.66 33.16 32.26 换热面传热量 kJ/h 9632760 17632841 13499227 9814995 7677676 5556393 17572159

3 改造效果

1) 改造前锅炉出口蒸汽参数为：1.75MPa(a)-291℃-31.15t/h；改造后锅炉出口蒸汽参数为：1.75MPa(a)-340℃-29.75t/h，虽然蒸汽量略有下降，蒸汽温度及品质较高，计算发电负荷提高60.8kW；

2) 改造后SP余热锅炉产生的蒸汽不用送到ASH蒸汽过热器再热，直接进入集汽缸，减少了沿程蒸汽管道阻力损失；

3) 当启窑时，窑尾SP余热锅炉随窑同步一起投入，随着废气温度升高，窑尾余热锅炉产生蒸汽，即可进行暖管及汽轮机冲转运行，基本做到随窑线同步运行；

4) 当停窑或断料时，进入窑尾SP余热锅炉废气温度较高，锅炉出口蒸汽温度也较高，只要汽轮机进汽温度高于蒸汽压力下饱和温度+60℃，汽轮机可以维持运行，提高余热发电运转率；

5) 改造后的窑尾SP余热锅炉过热器采用SX-SSQY亚音频清灰器，提高了清灰能力，管束积灰情况好于光管。

4 结论

窑尾SP余热锅炉过热器经改造后出口蒸汽温度提高，可以单独运行，提高了电站运转率，增加了发电负荷，达到了改造预期，还可以为其他同类型锅炉改造提供参考。