低溫省煤器改造中有關(guān)設(shè)計(jì)問題探討

黃少波，于鵬峰，張召波

(1． 華潤電力(漣源)有限公司，湖南 婁底417000;2． 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007;3． 青島達(dá)能環(huán)保設(shè)備有限公司，山東 青島266000)

某公司2 臺(tái)300 MW 機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的N300－16.7/538/538 型亞臨界凝汽式汽輪機(jī)，鍋爐系東方鍋爐廠制造的DG1025/18.2－Ⅱ15 型亞臨界壓力燃煤“W”型火焰爐，同期安裝脫硝(SCR)、脫硫裝置，除塵器型式為全布袋除塵器。

由于實(shí)際使用煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)差別較大，自投產(chǎn)以來排煙溫度比原設(shè)計(jì)溫度高20～30 ℃，降低了鍋爐效率，影響鍋爐效率1.5%左右。夏季高負(fù)荷時(shí)因排煙溫度高，嚴(yán)重威脅除塵器布袋的安全(除塵器布袋要求入口煙溫低于160 ℃)，甚至需要減負(fù)荷來降低排煙溫度。

該公司實(shí)施低溫省煤器技術(shù)解決了這一難題。但低溫省煤器運(yùn)行中存在著易腐蝕、易磨損、易泄漏的問題，需從設(shè)計(jì)方面予以解決。

1 低溫省煤器改造概述

低溫省煤器技術(shù)又稱為低低溫省煤器、煙氣冷卻器、低低溫?fù)Q熱器(MGGH)、煙氣利用調(diào)溫節(jié)能電除塵器(LSC)技術(shù)，首先由日本為滿足環(huán)境排放限制而應(yīng)用的基于MGGH 的低低溫電除塵器工藝。該技術(shù)同時(shí)兼具節(jié)能(回收煙氣余熱、降低脫硫用水)、除塵器提效、脫硫增效功能。引入國內(nèi)后經(jīng)過發(fā)展形成為電除塵提效的調(diào)溫節(jié)能電除塵器項(xiàng)目，為節(jié)能改造和電除塵提效并重的改造技術(shù)。在熱電廠引入熱網(wǎng)水作為冷媒后進(jìn)一步提升了節(jié)能效果，已成為火電機(jī)組重要的節(jié)能推廣項(xiàng)目。

該公司低溫省煤器改造主要以煙氣余熱利用節(jié)能為主，輔助保護(hù)除塵器布袋，以汽機(jī)凝結(jié)水為冷媒通過低溫省煤器換熱面冷卻煙氣，共設(shè)計(jì)為2 級(jí)布置方案:第1 級(jí)低溫省煤器布置在布袋除塵器入口煙道內(nèi)，為雙煙道2 臺(tái)低溫省煤器;第2 級(jí)低溫省煤器布置在引風(fēng)機(jī)至增壓風(fēng)機(jī)的煙道內(nèi)，為單煙道1 臺(tái)低溫省煤器。低溫省煤器水側(cè)凝結(jié)水系統(tǒng)與汽機(jī)凝結(jié)水的回?zé)嵯到y(tǒng)并聯(lián)布置，凝結(jié)水入口從7，8 號(hào)低加入口、7，8 號(hào)低加出口2 點(diǎn)取水混合(混水溫度可調(diào))，經(jīng)過第2 級(jí)低溫省煤器、第1級(jí)低溫省煤器加熱后回入6 號(hào)低加入口，實(shí)現(xiàn)了全流量2 點(diǎn)取水、1 點(diǎn)回水可自動(dòng)調(diào)溫方式。

改造后系統(tǒng)完全投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制調(diào)整，工況穩(wěn)定。熱態(tài)試驗(yàn)對(duì)50%，75%及100%負(fù)荷工況下整套系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)收試驗(yàn)，運(yùn)行調(diào)整以入口水溫不低于65 ℃及出口煙溫不低于90 ℃為控制點(diǎn)，在入口煙溫129～156 ℃范圍內(nèi)分水流量由93 t/h 調(diào)節(jié)至全流量通過低省，調(diào)節(jié)靈活，其煙氣側(cè)、水側(cè)壓降滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可靠。初步核算在100%負(fù)荷工況下能降低汽機(jī)熱耗80 kJ/kWh，節(jié)約煤耗3 g/kWh 以上，同時(shí)除塵器入口煙溫始終控制在120 ℃左右，滿足布袋要求，達(dá)到了改造目的。

2 設(shè)計(jì)方面采取的措施

2.1 防止煙道低溫腐蝕

研究表明，在鍋爐受熱面中，沿?zé)煔饬鞒瘫跍刂饾u降低，當(dāng)受熱面壁溫降到酸露點(diǎn)時(shí)，硫酸蒸汽開始凝結(jié)，引起腐蝕。開始時(shí)由于酸濃度很高，處于85%～95%，凝結(jié)酸量不多，因此腐蝕速度較低;隨壁溫降低，凝結(jié)酸量增加，腐蝕速度增加;腐蝕速度達(dá)到最大值點(diǎn)之后，隨壁溫進(jìn)一步降低，酸濃度變低，達(dá)到60%～70%，腐蝕速度會(huì)下降，在此濃度下達(dá)到腐蝕最輕點(diǎn);之后，當(dāng)金屬壁溫再繼續(xù)下降，由于酸液濃度接近20%～40%，同時(shí)凝結(jié)酸量更多，腐蝕速度又會(huì)上升。在低溫腐蝕的情況下，金屬有2 個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)，2 個(gè)安全區(qū)，如圖1 所示，在設(shè)計(jì)上就是要保證低溫腐蝕處于腐蝕速率較低的區(qū)域。

圖1 腐蝕速率隨壁溫變化圖

圖2 所示為入口水溫對(duì)各材料腐蝕層厚度的影響，可以看出入口水溫高于40 ℃以后，幾種材料的耐腐蝕能力為:316L ＞ND ＞Corten ＞20G ＞20#。316L 的腐蝕量隨著入口水溫的升高而降低;Corten鋼及ND 鋼在60 ℃時(shí)腐蝕量達(dá)到最小值;20G 及20#鋼在70 ℃時(shí)腐蝕量達(dá)到最小值。

由于將鍋爐的排煙溫度由120～160 ℃左右降低到85～110 ℃的溫度，而一般電廠煙氣的酸露點(diǎn)為90～110 ℃，因此，低溫省煤器設(shè)計(jì)中必須解決低溫腐蝕的問題?；谝陨戏治?，首先在設(shè)計(jì)中應(yīng)核算設(shè)計(jì)煤質(zhì)下的煙氣露點(diǎn)及最低管壁溫度，控制入口水溫及出口煙溫以保證受熱面鋼材在低腐蝕區(qū)域運(yùn)行;其次選取相對(duì)腐蝕速率低的ND 鋼(09CrCuSb)作為受熱面材質(zhì)，煙道殼體材質(zhì)選取考登鋼，以保證其使用壽命。

圖2 各材料入口水溫與腐蝕速率的關(guān)系

2.2 防止受熱面煙氣磨損

1)對(duì)煙氣流場進(jìn)行數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)上采取導(dǎo)流板、流線型煙道等措施避免出現(xiàn)煙氣走廊、煙氣偏流及產(chǎn)生煙氣渦流;

2)采用合適的煙氣流速，使煙氣流具有自清灰功能的同時(shí)又不致因煙氣流速過高而產(chǎn)生不可控的磨損。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，除塵前煙道一般控制其煙氣流速在9.0～10 m/s 以內(nèi)，可大大減少煙氣粉塵對(duì)管束的磨損，同時(shí)煙氣清灰性較好;

3)煙道內(nèi)管子整體無對(duì)接焊縫，蛇形管彎頭和焊口全部置于煙道外部與煙氣流動(dòng)區(qū)隔離，防止彎頭及焊縫磨損;

4)采用厚壁H 翅片管、加大翅片厚度，使受熱面具有一定的磨蝕裕度;

5)進(jìn)風(fēng)側(cè)安裝假管和防磨護(hù)瓦，以減輕煙氣對(duì)后續(xù)換熱管束的磨損。

2.3 受熱面泄漏事故情況下特殊設(shè)計(jì)

低溫省煤器受熱面由于處于尾部煙道低溫腐蝕及高速磨損區(qū)，泄漏幾率高，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行危害大，尤其是布袋除塵器前受熱面更需高度重視防泄漏問題。除了采取必要的防腐蝕、防磨損措施外還需要采取必要的防泄漏及泄漏后處理措施。

1)采用模塊化設(shè)計(jì)，沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向按照煙氣的不同溫度區(qū)間分為若干段、若干管組，每組進(jìn)出口設(shè)計(jì)隔離閥，可實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制和泄漏后分組快速隔離，檢修中也方便拆卸更換。

2)水側(cè)進(jìn)出口設(shè)計(jì)流量計(jì)，煙氣側(cè)設(shè)計(jì)濕度儀，設(shè)定流量、濕度差報(bào)警，提前判斷是否泄漏。

2.4 相關(guān)輔機(jī)能耗校核

對(duì)輔機(jī)能耗進(jìn)行校核設(shè)計(jì)，水側(cè)會(huì)損失部分壓頭，凝泵電流會(huì)增加，若壓力不能滿足，則需增設(shè)中間增壓泵。理論計(jì)算引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)電流會(huì)略有下降，而實(shí)際上引風(fēng)機(jī)電流會(huì)有所上升，增壓風(fēng)機(jī)電流下降，需要在運(yùn)行調(diào)整中合理分配引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)出力來克服兩級(jí)受熱面阻力，具體參數(shù)在試驗(yàn)中摸索。

3 安裝及調(diào)試注意事項(xiàng)

1)水側(cè)系統(tǒng)實(shí)際上為汽機(jī)凝結(jié)水的旁路系統(tǒng)，管系清潔度要求高，在安裝完成后應(yīng)進(jìn)行酸洗，水壓試驗(yàn)應(yīng)在酸洗后進(jìn)行。

2)每個(gè)受熱面管組均設(shè)計(jì)有空氣閥、排污閥，安裝中盡量將閥門集中布置。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

改造后系統(tǒng)通過了50%，75%及100%負(fù)荷工況下熱態(tài)性能試驗(yàn)，運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活，能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，工況穩(wěn)定系統(tǒng)可靠，即使在冬季或低負(fù)荷也可通過調(diào)節(jié)分水流量實(shí)現(xiàn)低溫省煤器半投用，達(dá)到了節(jié)能效果。文獻(xiàn)〔6〕結(jié)論顯示，在秋季100%負(fù)荷工況下降低煙氣溫度47.1 ℃，凝結(jié)水溫提升22 ℃，煙氣側(cè)壓降316 Pa，降低汽機(jī)熱耗61.9 kJ/kWh，降低機(jī)組供電煤耗2.55 g/kWh(因環(huán)境影響未達(dá)到低省系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)出力)。按年利用小時(shí)4 000 h，年供電量22.6 億kWh 計(jì)算，年可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量5 762 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，標(biāo)煤單價(jià)按700 元/t 計(jì)算，年節(jié)約成本403 萬元，2年半能收回投資成本。

5 結(jié)束語

低溫省煤器改造節(jié)能效果顯著，特別是兩級(jí)串聯(lián)設(shè)計(jì)，在湖南省內(nèi)首次應(yīng)用。低溫省煤器技術(shù)對(duì)于低溫腐蝕、泄漏、積灰等問題是否能徹底解決還需時(shí)間的驗(yàn)證，但只要在設(shè)計(jì)和安裝中采取了必要措施，輔之運(yùn)行中正確的調(diào)整、準(zhǔn)確的判斷，停機(jī)后必要的檢查驗(yàn)證再采取補(bǔ)充措施，保證低溫省煤器的長期安全運(yùn)行，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

〔1〕仝慶居，王學(xué)敏． 鍋爐煙氣余熱回收利用技術(shù)〔J〕． 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，(18):71．

〔2〕陸萬鵬，史月濤，孫奉仲． 分離式熱管換熱器與低壓省煤器的性能分析〔J〕． 山東大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，42(2):102-106．

〔3〕周武，向朝晟，李鍵． 火力發(fā)電廠鍋爐尾部煙氣余熱回收利用技術(shù)〔J〕． 東方電氣評(píng)論，2012，26(1):46-50．

〔4〕馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌． 鍋爐原理及計(jì)算〔M〕． 北京:科學(xué)出版社，2003:372-373．

〔5〕史洪啟，張?zhí)熘?熱管式低壓省煤器應(yīng)用前景討論〔J〕． 吉林電力技術(shù)，1997(5):32-34．

〔6〕西安熱工所． 2 號(hào)爐低溫省煤器性能考核試驗(yàn)報(bào)告〔R〕．