熱管式空氣預(yù)熱器整體更換方法

侯志成

(天津軍糧城發(fā)電有限公司，天津 300300)

0 引言

天津軍糧城發(fā)電有限公司#7機(jī)組為200 MW燃煤機(jī)組，鍋爐為武漢鍋爐股份有限公司制造的WGZ670/13.7－1型超高壓、一次中間再熱、自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉爐，燃用山西混煤，采用低速鋼球磨煤機(jī)中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)。該鍋爐尾部空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)為高、中、低溫段3組空氣預(yù)熱器，全部采用管式空氣預(yù)熱器。

1 設(shè)備概況及設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)為:型號(hào)，WGZ670/13.7－1;額定蒸發(fā)量，670 t/h;汽包工作壓力，15.54 MPa;過(guò)熱蒸汽出口壓力，13.73 MPa;過(guò)熱蒸汽出口溫度，540℃;再熱蒸汽出口壓力，2.27 MPa;再熱蒸汽出口溫度，540℃;再熱蒸汽入口壓力，2.52 MPa;再熱蒸汽入口溫度，314℃;再熱蒸汽流量，581.9 t/h;給水溫度，246.7℃;給水壓力，17.65 MPa;排煙溫度，166℃;熱風(fēng)溫度，319℃;燃料總消耗量，107.65 t/h;計(jì)算燃料消耗量，105.49 t/h;鍋爐效率，90.48%。

1.2 鍋爐總體設(shè)計(jì)

鍋爐總體呈Π形布置，爐膛四周布滿膜式水冷壁，爐膛上方布置前屏過(guò)熱器，爐膛出口處布置半輻射式后屏過(guò)熱器，在水平煙道中依次布置了高溫過(guò)熱器、高溫再熱器，尾部煙道前、后分別布置了低溫再熱器、低溫過(guò)熱器，并在各自下方放置省煤器及主、旁煙道調(diào)節(jié)擋板。

燃燒室四角布置了4組直流式煤粉燃燒器，為四角雙切圓式燃燒。過(guò)熱蒸汽溫度主要通過(guò)兩級(jí)噴水方式調(diào)節(jié)，使用雙擋板控制主、旁煙道內(nèi)的煙氣量，以達(dá)到調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度之目的，管式空氣預(yù)熱器單獨(dú)布置在鍋爐后部的尾部煙道內(nèi)。

1.3 空氣預(yù)熱器概況

空氣預(yù)熱器為單級(jí)布置，由上段、中段和下段組成。上段和中段為管式空氣預(yù)熱器，由? 40 mm×1.5 mm有縫鋼管組成，同一標(biāo)高布置16個(gè)管箱，沿高度方向布置2組，高度分別為7.0 m和3.5 m，每個(gè)管箱由1709根管子組成，管子采用錯(cuò)列布置。

由于管式空氣預(yù)熱器自身存在換熱效率較低、漏風(fēng)量較大的缺陷，天津軍糧城發(fā)電有限公司于1999年7月將低溫段管式空氣預(yù)熱器更換為熱管式空氣預(yù)熱器(20個(gè)管箱)。熱管式空氣預(yù)熱器由箱體、熱管管束、中隔板組成。箱體分為兩側(cè):一側(cè)流體為煙氣，一側(cè)流體為空氣，煙氣和空氣由中隔板隔開(kāi)。

隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，熱管式空氣預(yù)熱器出現(xiàn)了磨損嚴(yán)重、換熱效率下降、漏風(fēng)增大的問(wèn)題。天津電力科學(xué)研究院對(duì)不同負(fù)荷下的空氣預(yù)熱器進(jìn)行了試驗(yàn)，空氣預(yù)熱器煙氣溫降、空氣溫升數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)見(jiàn)表2(右側(cè)熱管式空氣預(yù)熱器進(jìn)口沒(méi)有測(cè)點(diǎn)，無(wú)法測(cè)量)。

由試驗(yàn)結(jié)果可知:

(1)在負(fù)荷為180～210 MW的3個(gè)試驗(yàn)工況下，上、中段空氣預(yù)熱器和熱管式空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)溫降趨勢(shì)基本一致?？諝忸A(yù)熱器中段煙氣溫降為82～91℃，上段空氣預(yù)熱器煙氣溫降為69～76℃，熱管式空氣預(yù)熱器煙氣溫降為31～38℃，表明熱管式空氣預(yù)熱器大部分熱管磨損比較嚴(yán)重，導(dǎo)致?lián)Q熱效果極大減弱。

(2)3個(gè)試驗(yàn)工況下空氣預(yù)熱器各段空氣側(cè)的溫升趨勢(shì)基本一致，上、中段空氣預(yù)熱器溫升為291～296℃，熱管式空氣預(yù)熱器空氣側(cè)的溫升為7℃ 左右，從空氣側(cè)再次表明熱管式空氣預(yù)熱器換熱效果變差，整體已處于失效狀態(tài)。

(3)上、中段空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)均小于0.04，符合電廠規(guī)定的每段為0.05的標(biāo)準(zhǔn)，熱管式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)系數(shù)較大。

表1 空氣預(yù)熱器煙氣溫降、空氣溫升數(shù)據(jù) ℃

表2 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)

2 施工技術(shù)方案

針對(duì)#7鍋爐熱管式空氣預(yù)熱器的實(shí)際狀況，天津軍糧城發(fā)電有限公司決定利用機(jī)組大修機(jī)會(huì)對(duì)熱管式空氣預(yù)熱器進(jìn)行整體更換。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)概況

該機(jī)組低溫段熱管式空氣預(yù)熱器由20組管箱組成，每個(gè)管箱質(zhì)量約7.69 t，外形尺寸為4 378 mm×1422mm×1650 mm，為臥式布置，帶有一定的角度，傾斜角度為15°。此次施工主要工作內(nèi)容為管箱(20組)的拆除與安裝，采用整體吊裝、倒位平移的起重搬運(yùn)方式，總質(zhì)量約為300t。由于鍋爐尾部煙道空間位置狹小，中溫段空氣預(yù)熱器與熱管式空氣預(yù)熱器距離較近(約2.3m)，為此次施工吊點(diǎn)的選擇及布置方式帶來(lái)了很大的難度。

2.2 施工技術(shù)方案

2.2.1 制作管箱運(yùn)輸用平車

平車用于管箱在拆除與安裝中的運(yùn)輸。要求平車必須能承受單個(gè)管箱的重量，外形尺寸與熱管管箱一致，四周設(shè)置定位裝置，防止管箱運(yùn)輸過(guò)程中滑動(dòng)移位。平車高度必須滿足管箱裝載后整體高度小于下部煙道橫向支撐梁。

2.2.2 加裝起重附加梁

(1)附加梁(工字鋼)安裝在中溫段空氣預(yù)熱器底部管板平面上，分前、后側(cè)，每組各加裝2根，每根鋼梁上安裝手拉行車(30 kN)2個(gè)、手拉葫蘆(30 kN)2個(gè)，共計(jì)4組。

(2)起重附加梁加固。中溫段空氣預(yù)熱器每組管箱寬度為1.6 m，每根附加梁加裝托板4～6塊(間距為1.5 m)，托板用24～26 mm厚的鋼板制成，進(jìn)行角焊，加固。

2.2.3 風(fēng)箱、煙道的拆除

(1)現(xiàn)場(chǎng)確定管箱行走位置，以確定是從中部或前、后部運(yùn)送管箱。

(2)做通道定位線，逐層定位，用于拆除下部風(fēng)箱。

(3)確定空氣預(yù)熱器下部煙道、風(fēng)室位置后，拆除用于上、下運(yùn)輸管箱的通道。

2.2.4 管箱水平倒位程序

以其中一組管箱為例(如圖1所示)，將#5管箱向乙側(cè)平移至中間梁上，將#4箱前側(cè)平移，同時(shí)將#3管箱也向右側(cè)平移，留出位置，將#2管箱水平旋轉(zhuǎn)90°后，從下部起吊運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 管箱水平倒位程序

2.2.5 上、下垂直起吊

由于中溫段空氣預(yù)熱器與低溫段空氣預(yù)熱器的距離只有1154 mm，垂直起吊的距離不足，故采用在高、中溫段空氣預(yù)熱器中間加裝起重支撐梁，安裝雙滑輪，穿過(guò)空氣預(yù)熱器管子，連接動(dòng)滑輪的方法。

0 m安裝卷?yè)P(yáng)機(jī)配合導(dǎo)向滑輪，進(jìn)行垂直吊裝;加裝吊鉤限位器，保證施工安全。采用30 kN卷?yè)P(yáng)機(jī)、100 kN 2－2滑輪組、導(dǎo)向滑輪2個(gè)，起重主繩為? 15.5 mm。

設(shè)計(jì)專用吊抓，在管箱吊裝過(guò)程中緊固住管箱。

2.3 各部位強(qiáng)度校核計(jì)算

2.3.1 附加梁的強(qiáng)度計(jì)算

#18工字鋼許用正應(yīng)力［σw］=100 MPa;管箱質(zhì)量約8t，每組4個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)受力20kN;查表可知，#18工字鋼的彎曲截面系數(shù)Wz=185 cm3。

Fmax=4Wz［σw］/L ，計(jì)算后，F(xiàn)max≈50 kN。

2個(gè)吊點(diǎn)受力為40 kN＜50 kN，可用。

附加梁實(shí)際應(yīng)力

σmax=FL/(4Wz)，計(jì)算后，σmax=81MPa＜100 MPa，可用。

2.3.2 上、下起重方式

采用30kN卷?yè)P(yáng)機(jī)、100kN 2－2滑輪組、導(dǎo)向滑輪2個(gè)，起重主繩為? 15.5 mm。

式中:F為鋼絲繩的允許最大使用拉力;Fb為鋼絲繩的破斷拉力;K為安全系數(shù)。

Fb=0.5 d2=120.125(kN)，F(xiàn)=Fb/K=120.125/6=20.02(kN)，2－2滑輪組的拉力Fl=80/4=20(kN)，F(xiàn) ＞Fl，可用。

2.3.3 鋼絲繩的選用

鋼絲繩受力情況如圖2所示。

繩索實(shí)際受力

? 25mm鋼絲繩的破斷拉力Fb=0.5d2=312.5(kN)，鋼絲繩受力F=Fb/K=53(kN)，F(xiàn) ＞ Fs，可用。

2.4 施工的安全措施

(1)所有施工人員必須了解本項(xiàng)工作內(nèi)容及工作程序要求，熟悉工作危險(xiǎn)源點(diǎn)的位置和安全防范措施。落實(shí)每個(gè)人的安全責(zé)任制，分工明確，責(zé)任和措施到位。

(2)工作現(xiàn)場(chǎng)要保持清潔，無(wú)障礙物，四周應(yīng)用護(hù)欄封閉，掛警告牌，護(hù)欄擺放應(yīng)整齊規(guī)范，不經(jīng)許可任何人不準(zhǔn)移動(dòng)。

(3)工作現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有充足的照明，指揮人員應(yīng)能清楚看到工作點(diǎn)，起重操作人員應(yīng)能清楚看到指揮人員，否則不準(zhǔn)進(jìn)行起重工作(必要情況下，使用對(duì)講機(jī)指揮)。

(4)每天工作前要檢查起重機(jī)械、起重工具、鋼絲繩和吃力點(diǎn)(吊點(diǎn))，確認(rèn)無(wú)誤后方可工作。起重機(jī)械在使用前必須認(rèn)真檢查制動(dòng)器、限制器等安全裝置。

(5)起重工作應(yīng)有統(tǒng)一的指揮信號(hào)并指定專人指揮，起重操作人員應(yīng)根據(jù)指揮人員的信號(hào)來(lái)進(jìn)行操作，操作人員看(聽(tīng))不到信號(hào)，不準(zhǔn)操作。

(6)在起重工作區(qū)域內(nèi)，與工作無(wú)關(guān)的人員禁止入內(nèi)，起重機(jī)在吊物時(shí)，任何人不準(zhǔn)在起重工作區(qū)域內(nèi)行走或停留;起重工作時(shí)，工作現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)監(jiān)護(hù)人。

(7)起吊重物不準(zhǔn)長(zhǎng)時(shí)間懸在空中，暫時(shí)懸在空中時(shí)，禁止操作人員離開(kāi)或做其他工作。

2.5 質(zhì)量控制

(1)各管箱傾斜角度必須嚴(yán)格控制，偏差應(yīng)控制在0.5°之內(nèi)。

(2)各管箱前、中、后部墊鐵應(yīng)固定牢固，膨脹段應(yīng)墊實(shí)，無(wú)卡阻。

(3)各管箱相對(duì)位置調(diào)整后偏差應(yīng)小于10 mm。

(4)各管箱連接處應(yīng)滿焊，保證嚴(yán)密不漏。

(5)煙、風(fēng)道分隔處應(yīng)滿焊，保證嚴(yán)密不漏。

(6)煙道、風(fēng)道及空氣預(yù)熱器管箱應(yīng)整體加固，防止產(chǎn)生振動(dòng)。

2.6 其他措施

(1)加強(qiáng)預(yù)熱器進(jìn)出/口煙道、風(fēng)道漏風(fēng)的檢查，對(duì)漏風(fēng)處進(jìn)行處理。

(2)與中溫段連接處煙道、風(fēng)道應(yīng)進(jìn)行加固處理。

(3)對(duì)高、中、低溫段空氣預(yù)熱器進(jìn)行壓風(fēng)找漏，尤其要對(duì)管子內(nèi)部(套管)、伸縮節(jié)處、煙風(fēng)道角部等易漏位置進(jìn)行堵漏。

3 改造后的效果

空氣預(yù)熱器更換前、后主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

3.1 煙氣、空氣側(cè)溫度變化

熱管式空氣預(yù)熱器整體更換后，空氣預(yù)熱器各段受熱面的換熱比例產(chǎn)生了變化，熱管式空氣預(yù)熱器煙氣溫降比修前提高了70℃，空氣溫升提高了113℃;高溫段管式空氣預(yù)熱器煙氣溫降比修前下降了13～26℃，中溫段空氣預(yù)熱器煙氣溫降比修前增加了16℃，空氣溫升下降了90℃。高、中、低溫段空氣預(yù)熱器換熱比例趨于合理，熱管式空氣預(yù)熱器整體換熱能力明顯提高。

3.2 熱管式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)

從表3的數(shù)據(jù)可以看出，熱管式空氣預(yù)熱器和近10 m煙道的左側(cè)漏風(fēng)系數(shù)與修前相比降低了0.16，降低幅度很大，說(shuō)明漏風(fēng)治理工作非常有效。

表3 空氣預(yù)熱器更換前、后主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

3.3.1 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率

電負(fù)荷200MW試驗(yàn)工況下漏風(fēng)率下降0.16，根據(jù)200MW機(jī)組漏風(fēng)率每降低0.01煤耗可降低0.15 g/(kW·h)計(jì)算，改造后煤耗降低2.4g/(kW·h)。

3.3.2 排煙溫度

電負(fù)荷200 MW和180 MW 2個(gè)試驗(yàn)工況的排煙溫度與修前相比下降了16℃，表明熱管式空氣預(yù)熱器更換后換熱效果有較大幅度的提高。根據(jù)200 MW機(jī)組排煙溫度每降低10℃煤耗可降低2.1 g/(kW·h)計(jì)算，改造后煤耗降低3.3 g/(kW·h)。

以上數(shù)據(jù)表明，熱管式空氣預(yù)熱器更換后的運(yùn)行狀況得到明顯改善，達(dá)到了預(yù)期的效果。

［1］天津市電力科學(xué)研究院.天津軍糧城發(fā)電有限公司空氣預(yù)熱器改造試驗(yàn)［R］.天津:天津市電力科學(xué)研究院，2008.

［2］天津市電力科學(xué)研究院.天津軍糧城發(fā)電有限公司#7鍋爐大修后熱力試驗(yàn)［R］.天津:天津市電力科學(xué)研究院，2008.