循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器防低溫腐蝕和冷渣器凝結(jié)水余熱綜合利用

張建忠

（山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西 太原 030022）

循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器防低溫腐蝕和冷渣器凝結(jié)水余熱綜合利用

張建忠

（山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西 太原 030022）

某熱電廠為解決循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器低溫腐蝕和冷渣器出力不足的問題，通過對鍋爐運行工況分析，確定改造方案是將一次風(fēng)機(jī)入口消音器更換為翅片管換熱器，經(jīng)過對換熱器的選型和換熱計算，設(shè)計出換熱器的尺寸、結(jié)構(gòu)布置。技改完成后，通過對鍋爐運行參數(shù)分析，得出此換熱裝置有節(jié)能效果，并基本解決了低溫腐蝕和冷渣器的出力問題。

循環(huán)流化床鍋爐；翅片管換熱器；低溫腐蝕；金屬壁溫；換熱系數(shù)

0 引言

由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特點能摻燒矸石等劣質(zhì)煤，燃燒后使煙氣含硫量高，在尾部煙道低溫區(qū)易產(chǎn)生硫酸結(jié)露而腐蝕管壁，使管子泄漏損壞，造成嚴(yán)重漏風(fēng)，引起燃燒工況惡化。為減輕鍋爐低溫腐蝕，可以提高低溫空預(yù)器入口空氣溫度，來提升金屬壁溫或使壁溫避開嚴(yán)重腐蝕的區(qū)域，因此通常設(shè)計是采用熱風(fēng)再循環(huán)或加裝暖風(fēng)器來加熱冷空氣提高空氣溫度[1]。

1 鍋爐運行問題

某熱電廠240 t/h循環(huán)流化床鍋爐，由無錫華光鍋爐廠生產(chǎn)。鍋爐為高溫高壓，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環(huán)，全懸吊結(jié)構(gòu)，全鋼架π型布置。爐膛采用膜式水冷壁，上部安裝有4組屏過3組水冷屏，鍋爐中部是并列的2只方形水冷旋風(fēng)分離器，尾部豎井煙道布置兩級4組對流過熱器，過熱器下方布置2組省煤器及一、二次風(fēng)各2組空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器為臥式管式空氣預(yù)熱器，煙道最末級受熱面為一次風(fēng)冷段預(yù)熱器管箱，共4組。

鍋爐運行中暴露出一些問題，以下進(jìn)行分析。

1.1 一次風(fēng)冷風(fēng)段空氣預(yù)熱器管低溫腐蝕

鍋爐運行5 a，低溫段空氣預(yù)熱器管子固定端根部腐蝕穿孔較多，漏風(fēng)量大，入爐一次風(fēng)量減少，如滿足風(fēng)量要求需增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)電流增大，耗電量增大，影響鍋爐帶負(fù)荷。

分析原因：一次風(fēng)入口安裝有熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)，但在運行中會增大一次風(fēng)機(jī)電流，影響鍋爐帶負(fù)荷，所以熱風(fēng)再循環(huán)不能開最大，只能開30%。按照設(shè)計冷空氣入口溫度為20℃，而實際冷空氣入口溫度在冬季為10℃以下，使得靠近預(yù)熱器底部冷空氣入口側(cè)的管子壁溫低于煙氣露點溫度而造成預(yù)熱管壁露點腐蝕。

解決辦法：為防止空預(yù)器冷段管子腐蝕可以提高這一區(qū)域的煙氣溫度，使煙氣出預(yù)熱器最低點管壁溫度高于煙氣露點溫度，但對于鍋爐燃燒調(diào)整來說，提高煙氣溫度不可行。最可行的就是提高空氣入空氣預(yù)熱器的溫度，因此可考慮在冷風(fēng)道增加換熱器來加熱冷風(fēng)[2]。

1.2 滾筒冷渣器冷卻水入水溫度高導(dǎo)致出水溫度超溫運行

鍋爐排渣為連續(xù)排渣，設(shè)計有2臺滾筒冷渣器，單臺出力為20 t/h，最大轉(zhuǎn)數(shù)為10 r/min，電機(jī)為15 kW變頻，冷卻水為汽機(jī)凝結(jié)水，水溫為70℃，出水溫度低于100℃。但是，冷渣器運行中入渣溫度900℃出渣溫度約為200℃，且凝結(jié)水出水超溫，冷渣器不能滿負(fù)荷運行，只能降低轉(zhuǎn)速減少進(jìn)渣量，影響鍋爐帶負(fù)荷。

分析原因：鍋爐爐膛出渣口高度2.5 m，出渣口到刮板機(jī)距離5 m，受場地限制，冷渣器外形尺寸有限，由于冷渣器進(jìn)水溫度高，再加上冷渣器設(shè)計換熱面積有限，導(dǎo)致冷渣器經(jīng)常超溫運行，造成冷渣器受熱面漏水事故頻發(fā)，影響鍋爐安全運行。

解決辦法：將冷渣器進(jìn)水溫度降低20℃，需增加換熱器，將凝結(jié)水冷卻降溫。

2 改造方案

綜合考慮上述兩個運行問題，提出如下改造方案。

將一次風(fēng)機(jī)入口消音器更換為翅片管式換熱器，管外介質(zhì)為一次冷風(fēng)，管內(nèi)介質(zhì)為冷渣器凝結(jié)水，經(jīng)過換熱將冷風(fēng)加熱和凝結(jié)水冷卻，換熱器設(shè)計有旁路，有故障可切換。這樣，既提高了一次冷風(fēng)溫度又使凝結(jié)水降溫，既解決了運行問題又可利用余熱節(jié)能。

2.1 換熱器流體參數(shù)確定

換熱器的流體參數(shù)為：熱流體（凝結(jié)水） 入口溫度ts1，出口溫度ts2；冷流體（空氣） 入口溫度tk1，出口溫度tk2。為達(dá)到換熱器技改的目的，需要預(yù)估出tk2和ts2的值。

2.1.1 換熱器冷流體（空氣）出口溫度tk2的確定

當(dāng)受熱面金屬溫度低于煙氣露點時，硫酸蒸汽將在金屬表面凝結(jié)而引起腐蝕，所以tk2的值應(yīng)能滿足低溫段空預(yù)器最低管壁溫度比煙氣酸露點高10～20℃，才能減輕酸腐蝕[3]。因此首先應(yīng)確定鍋爐尾部煙道酸露點溫度Td的值，按前蘇聯(lián)熱力計算酸露點經(jīng)驗公式進(jìn)行修正，修正公式如下。

公式 （1） 中，Sar,zs為收到基折算含硫量（%），Aar,zs為收到基的折算含灰量，αfh為飛灰份額；tod為水露點溫度，在煙氣為1個大氣壓時，煙氣水露點溫度和水蒸汽含量的關(guān)系密切，取水蒸汽含量15%時，煙氣水露點溫度為54℃。

表1列出了鍋爐燃料成分分析值，將Aar,zs、Sar,zs、afh、tod數(shù)值代入公式（1） 計算后得出酸露點溫度Td約為85℃，因此按照空預(yù)器管最低壁溫tb=110℃進(jìn)行計算tk2的值。

表1 鍋爐燃料成分分析表

可根據(jù)公式（2）、（3）、（4）、（5）計算換熱器空氣出口溫度tk2。

其中，αk為空氣側(cè)換熱系數(shù)，αy為煙氣側(cè)換熱系數(shù)，空預(yù)器管最低壁溫tb=110℃，為排煙溫度tpy=155℃，v為流體速度，v為流體運動粘度。

根據(jù)表2定性溫度下查得的物性參數(shù)，計算出空氣側(cè)和煙氣側(cè)換熱系數(shù)見表2。

表2 定性溫度下空氣、煙氣物性參數(shù)表

最后用公式（5）計算出換熱器空氣出口溫度tk2=50℃，與初設(shè)定性溫度50℃相符。

2.1.2 換熱器熱流體（凝結(jié)水）出口溫度ts2的確定

根據(jù)鍋爐冷渣器的運行經(jīng)驗，冷渣器入水溫度為50℃左右可滿足運行要求，因此確定ts2=50℃。

2.2 換熱器設(shè)計選型

為強(qiáng)化換熱，換熱管采用列管式鋼鋁復(fù)合軋制翅片管，翅片為徑向，加在空氣側(cè)；為降低空氣側(cè)阻力，換熱管采用順列布置。

根據(jù)原消音器尺寸長2.6 m寬2.6 m選擇翅片管規(guī)格和橫向管布置見表3。

2.2.1 計算換熱器傳熱系數(shù)

以換熱器流體定性溫度查得物性參數(shù)見表4。

表3 換熱器基本規(guī)格、橫向管布置參數(shù)表

表4 定性溫度下?lián)Q熱器流體物性參數(shù)表

下面是換熱計算過程。

以水側(cè)為準(zhǔn)計算換熱器換熱量Q（單位W）為

空氣質(zhì)量流速（kg/s）

空氣側(cè)最小截面質(zhì)量流速kg/（m2·s）

空氣側(cè)翅片管外換熱系數(shù)

以基管外表面積為準(zhǔn)的換熱系數(shù)

為設(shè)計安全考慮，換熱器傳熱系數(shù)取為

2.2.2 計算換熱器翅片管數(shù)量

基管外表面積（m2）

計算單列縱向翅片管數(shù)

N1取12根，縱向翅片管間距為70 mm，翅片管換熱器總管數(shù)444根。

3 效果分析

當(dāng)鍋爐負(fù)荷215 t/h和煤量約為35 t/h時，根據(jù)2015年技改前和2016年技改后鍋爐運行參數(shù)對比如表5。

根據(jù)表5分析得知，在冬季鍋爐負(fù)荷較高并且環(huán)境空氣溫度較低時，一次風(fēng)冷風(fēng)溫和凝結(jié)水溫度基本能達(dá)到設(shè)計值，從運行效果看，鍋爐排煙溫度有略微增加，熱效率影響不大；在技改后的鍋爐檢修中檢查空預(yù)器因腐蝕造成泄漏的管子較少。冷渣器的運行轉(zhuǎn)速約為50%，出渣量為6 t/h，出渣溫度為150℃，出水溫度85℃，基本上滿足空預(yù)器和冷渣器運行要求。并且，對一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓基本沒有影響，由于用換熱器代替了一次熱風(fēng)再循環(huán)，使得一次風(fēng)機(jī)電流明顯降低，有明顯的節(jié)能效果。需要注意的是冬季換熱器的防凍和換熱器管泄漏問題，如發(fā)生泄漏風(fēng)機(jī)會進(jìn)水造成設(shè)備損壞，需加強(qiáng)監(jiān)視風(fēng)機(jī)振動。

4 結(jié)論

技改后，低溫段空預(yù)器管子酸腐蝕減輕，凝結(jié)水降溫后進(jìn)入冷渣器，解決了冷渣器運行溫度高的問題，大大降低了冷渣器爆管的可能，另一方面，使一次風(fēng)機(jī)電流降低，用電量下降，實現(xiàn)了一定的節(jié)能降耗。

［1］丁立新．電廠鍋爐原理 [M].北京：中國電力出版，2008：231-232.

［2］朱江．加熱爐空氣預(yù)熱器預(yù)熱管壁溫度的計算及防露點腐蝕的方法 [J].石油化工設(shè)備技術(shù)，1998（4）：29-32.

［3］樊泉桂，魏鐵錚，王軍，等．火電廠鍋爐設(shè)備及運行 [M].北京：中國電力出版，2001：203.

Anti-low-temperature Corrosion of CFB Boiler Tubular Air Preheater and Waste Heat Utilization of Slag Cooler Condensate Water

ZHANG Jianzhong
（Shanxi Xishan Thermal Power Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi030022,China）

In order to solve the problem of low temperature corrosion on CFB boiler tubular air preheater and undercapacity of slag cooler,retrofit scheme is identified to change primary air fan inlet muffler into fin-tube heat exchanger.According to the type selection of heat exchanger and heat exchange calculation,the size and structure layout scheme are designed.After technical modification,through analyzing the operation parameters of the boiler,it is concluded that the heat exchanger is energy-saving and can solve the problem of low temperature corrosion and slagcooler undercapacity.

circulating fluidized bed boiler;fin-tube heat exchanger;low temperature corrosion;metal wall temperature;heat transfer coefficient

TK172

A

1671-0320（2017）02-0066-04

2017-02-10，

2017-02-20

張建忠（1972），男，山西太原人，1996年畢業(yè)于太原電力高等專科學(xué)校電廠熱能動力工程專業(yè)，工程師，從事電廠鍋爐檢修、技術(shù)管理和燃料運行管理工作。