燃气锅炉省煤器改造降低排烟温度

2020-04-24王东明党占东

冶金动力 2020年2期

王东明，党占东

（本钢板材有限公司发电厂，辽宁本溪 117000）

前言

近年来，节能降耗、低碳环保成为各个生产领域研究的重要课题。锅炉热效率是锅炉运行过程中最为重要的指标，而排烟温度则是影响锅炉热效率众多因素中最重要的一个。排烟温度的高低直接影响锅炉效率的高低。经验证明，排烟温度每降低15～20 ℃，锅炉热效率增加1%左右，而这将大大地提高煤燃烧效率，降低成本，减少污染物排放量。我国火力发电厂的很多锅炉排烟温度都超过设计值，一般比设计值高20～50 ℃，因此如何降低锅炉排烟温度就显得尤为重要，具有经济效益。本钢发电厂在节能减排中积极创新，结合生产实际，不断对锅炉进行节能改造。

1 设备概况

本钢发电厂高压作业区220 t/h 蒸汽锅炉（21#锅炉）是武汉锅炉厂生产的WGZ-220/9.8 型煤粉锅炉，于2010 年改造为燃高炉煤气锅炉（可掺烧转炉煤气或纯烧高炉煤气），锅炉为单锅筒自然循环，集中下降管“П”型布置的全燃高炉煤气锅炉，按室内布置，锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁，炉膛出口处布置屏式过热器，水平烟道装设了两级对流过热器。炉顶、水平烟道两侧及转向室设置顶棚管和包墙管，尾部竖井烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器，最后尾部设有高炉煤气预热器。锅炉采用旋流式煤气燃烧器正四角切向布置，在炉膛下部采用强化传热传质的蓄热稳燃装置。21#炉一般以高炉煤气掺烧转炉煤气为主，冬季有时会纯烧高炉煤气。改造后煤气预热器设计出口烟温为130 ℃，近几年运行时，实际排烟温度为150 ℃以上。

2 排烟温度高的原因分析

(1)锅炉排烟温度高的原因一般是炉本体及烟道漏风，在正常负压运行中的锅炉，外界冷空气通过锅炉不严密处漏入炉膛以及烟道中，导致烟气中过量空气增加，漏风使排烟损失增大不仅仅是它增加了排烟容积，而且也使排烟温度增加，这是因为漏入烟道的冷空气会使漏风点处的烟气温度降低，从而使漏风点以后所有的受热面的传热能都减少，故使排烟温度升高。

(2)过剩空气系数过大，导致入炉空气量大，烟气量也大，烟气排入大气所带走的热量就高，排烟温度也高。运行工况恶化，一次风和二次风配比不合适不合理，导致火焰中心上移；传热面积灰，导致换热效率下降等，也会使排烟温度升高。

(3)给水温度的变化，冬季、夏季引风机入口风温度的变化也导致锅炉排烟温度的变化。

(4)本锅炉由煤粉炉改造为燃高炉煤气锅炉时，受热面布置不合理，导致受热面吸热不足，锅炉排烟温度高。通过对锅炉运行状况、运行参数分析，认为本锅炉漏风因素及一二次风配比因素对锅炉排烟温度影响较小，通过运行调整维护可得到改善；认为可以对省煤器进行改造，通过增加省煤器换热面积，增加对烟气的吸热量，降低锅炉排烟温度。

3 省煤器改造方案

3.1 省煤器是锅炉的一个重要的受压元件，省煤器改造对锅炉的整体性能都有影响，因此需要进行锅炉的整体优化设计，应基本保证锅炉的原有整体性能，并减少对其它部件的影响。根据现场实际情况，省煤器上下都有一定空间，增加省煤器受热面不影响其他检修空间，采取调整省煤器受热面是简单可行的。

3.2 设备性能参数

3.2.1 原锅炉的设计参数见表1。

表1 原锅炉的设计参数

3.2.2 省煤器原设计参数

高温省煤器入口最大烟气量：350000 m3/h;

高温省煤器入口烟气温度：580.6 ℃;

锅炉给水量：224400 kg/h;

高炉煤气耗量：120000 m3/h;

转炉煤气耗量：20000 m3/h;

锅炉蒸发量：220 t/h;

锅筒工作压力为11.27 MPa，省煤器部件水压试验压力为14.09 MPa。

3.3 改造方案

将原上部蛇形管高温省煤器全部拆除，更换为螺旋翅片管，增加高温省煤器换热面积。在低温省煤器上部空间增加12 排螺旋翅片管。省煤器改造新增高温螺旋翅片管管束、低温螺旋翅片管管束及低温省煤器支撑梁。新增低温省煤器底部增加8根支撑梁。

改造后管排的横向节距及布管方式与原省煤器一致，以利用原省煤器集箱。为节省加工时间，高温省煤器进出口集箱位置不变，将管子与集箱之间的管子切割，切割时在集箱留管接头。新省煤器管子与原集箱管接头对焊。低温省煤器上集箱（4根）均需要与原管排切割分离，然后上移，集箱管接头与增加的省煤器管接头对焊。

3.4 设备结构

高温省煤器由光管改为螺旋翅片管，翅片管沿气流方向错列布置，纵向排数仍为24排。低温省煤器顶部增加的螺旋翅片管与原翅片管结构相同，纵向排数由原来的28 排改为40 排，增加了12 排。省煤器改造，新增高温螺旋翅片管管束、低温螺旋翅片管管束及低温省煤器支撑梁。

3.5 材料规格

高温省煤器管子材质为20G（GB5310），翅片材质OCr13。低温省煤器管子材质为20G（GB5310），翅片材质08AL。螺旋翅片管，基管选用φ32×4mm，20#低碳钢无缝钢管，符合GB16507 的规定。翅片选用08F 钢带，翅片高度16 mm，翅片厚度1.2 mm。传热元件对接焊缝采用氩弧焊；基管与翅片之间的焊接采用高频电阻焊，符合HG/T3181 的规定。翅片高度允许偏差±0.75 mm，翅片厚度允许偏差±0.13 mm，翅片螺距允许偏差±0.2 mm，翅片全长焊着率大于95%。

3.6 改造后设备参数

高温省煤器入口烟气量：350000 m3/h;

高温省煤器入口烟气温度：580.6 ℃;

锅炉给水量：224400 kg/h;

高炉煤气耗量：120000 m3/h

转炉煤气耗量：20000 m3/h;

锅炉蒸发量：220 t/h;

改造后原锅炉的有关参数见表2。

省煤器出口汽化率：≤15%。

表2 改造后锅炉有关参数

3.7 省煤器改造施工内容

高、低温省煤器侧墙拆除及恢复；低温省煤器出口集箱（4 个）拆除移位；原高温蛇形管省煤器拆除；新低温省煤器支撑梁焊接；新高、低温省煤器管排安装。

4 改造效果

(1)2017 年利用大修机会按计划方案对省煤器进行了改造，取得显著效果。改造后，对比去年锅炉相同工况数据，排烟温度由原来的153～158 ℃，降低到现在的122 ℃左右，降低了31～36 ℃，取平均最低值30 ℃。锅炉满负荷220 t/h 左右时，烟气量折算为350000 m3/h，烟气比热取经验值1.45 kJ/（m3·℃），

锅炉烟气余热回收热量约：

(2)提高了锅炉效率。21#炉满负荷时燃料折合使用煤气量约643 GJ，省煤器改造后锅炉效率提高了：15.2/643×100%=2.36%；

(3)高炉煤气价格32 元/GJ，每小时降成本：15.2×32=486.4(元/h)，每年运行时间按8000 h，年降成本：486.4×8000=389.1 万元。年节能12.16 万GJ，折标煤4154 t。

(4)项目总投资53.3 万元，投资回收期不到2 个月。

(5)改造经验。为预防省煤器沸腾而产生爆管，高温省煤器最上层的4 排管束可采用倾斜布置,倾角2.1°。根据原设计图纸，省煤器翅片只有中间部分缠翅片，而在弯头部分没有设置烟气挡板，实际运行时，由于管子两段空隙较大，此处易形成烟气走廊。特别是在增加省煤器受热面，提高了省煤段吸热能力的时候，高温省煤器将产生沸腾（单烧高炉煤气工况较高），此时管子弯头处由于存在烟气走廊的情况，传热较强，易引高温区起管端过烧现象（20G使用温度＜460 ℃），缩短设备使用寿命。因此在新增的省煤器两段增加挡板，以此来消除烟气走廊带来的危害，保证设备安全稳定运行。