張日亮 楊賡 覃巍巍 鐘屹
摘 要:簡要介紹了山東黃臺(tái)發(fā)電廠在7# 鍋爐上采用鎳基釬焊螺旋肋片管省煤器的技術(shù)改造工作。該鍋爐的原省煤器采用高頻焊接螺旋肋片管,由于自身的不足以及長期運(yùn)行磨損和嚴(yán)重積灰,導(dǎo)致排煙溫度過高,鍋爐的效率受到很大影響。改造后原來的積灰問題得到了解決,省煤器的傳熱性能大大提高,鍋爐的效率也得到了提高,使用壽命和無故障運(yùn)行周期也大大延長。經(jīng)過多年運(yùn)行的實(shí)踐,表明改造非常成功。
關(guān)鍵詞:省煤器;螺旋肋片管;釬焊
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.033
山東黃臺(tái)發(fā)電廠7# 鍋爐是日本三菱公司生產(chǎn)的,帶一臺(tái)300MW機(jī)組,該公司的爐型先進(jìn),結(jié)構(gòu)緊湊。自投運(yùn)以來,由于長期運(yùn)行和本身設(shè)計(jì)上的不足,省煤器出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損爆管、堵灰和偏流現(xiàn)象,亟待檢修更換。青島新能源科技有限公司于2004年底給山東黃臺(tái)發(fā)電廠7#鍋爐進(jìn)行了技術(shù)改造;采用全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管代替原來的日本的高頻焊肋片管,改造工作比較成功;從2005年投入運(yùn)行以來,排煙溫度等技術(shù)參數(shù)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,磨損爆管、堵灰及偏流現(xiàn)象基本得到了解決。鍋爐燃燒狀況明顯得以改善,效率提高明顯。
1 原高頻焊肋片省煤器的運(yùn)行狀況
山東黃臺(tái)發(fā)電廠7#鍋爐是日本三菱公司生產(chǎn)燃煤鍋爐,帶一臺(tái)300MW水冷發(fā)電機(jī)組。該鍋爐排煙溫度一直偏高,滿負(fù)荷情況下,出口溫度達(dá)170℃。鍋爐中的省煤器采用高頻焊肋片管形式,長期運(yùn)行來一直存在偏流、堵灰、磨損爆管等問題,影響了企業(yè)的正常生產(chǎn),給生產(chǎn)管理帶來了很大的不便。在285MW工況下實(shí)測,省煤器進(jìn)出口煙氣溫度之差只有80多℃,比設(shè)計(jì)值少了約30℃,說明省煤器的實(shí)際傳熱量比設(shè)計(jì)值少了約40%,這是排煙溫度高的主要原因。由于排煙溫度偏高,使鍋爐效率、機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性明顯降低,煤耗升高,同時(shí),排煙溫度高也無法進(jìn)行高效率的脫硫。從而引起的鍋爐省煤器經(jīng)常爆管漏水、漏氣,一旦省煤器發(fā)生爆管,鍋爐必須停運(yùn)檢修,暫停發(fā)電,損失巨大[1]。
由于日本能源缺乏,生產(chǎn)的鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊,省煤器彎管半徑過小,管子減薄量大,在彎頭部位易于爆管;再者,省煤器采用高頻焊螺旋肋片也對母管有一定的損傷,易于破裂而爆管;高頻焊接螺旋肋片的肋片根部有很多褶皺,高頻焊接只是金屬接觸部分進(jìn)行了焊接,褶皺部分容易行程積灰,久而久之肋片部分產(chǎn)生堵灰,煙氣就會(huì)偏流,彎管部分沒有肋片容易導(dǎo)致過熱,而發(fā)生爆管。
運(yùn)行期間,為了保證生產(chǎn)的進(jìn)行,該廠定期停爐清理檢查,同時(shí)對彎管部分適當(dāng)增加防磨套。清理工作非常難,工作量大,效果不明顯,由于原設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的自身不足,半個(gè)月后,省煤器肋片又開始堵灰,煙道煙氣偏流嚴(yán)重,局部彎管溫度高而發(fā)生爆管。煙氣偏流問題、爆管現(xiàn)象得不到解決,進(jìn)而會(huì)引起省煤器及后端的空氣預(yù)熱器磨損繼續(xù)加大;人工清灰也容易引起省煤器管大面積穿管漏水,最后不得不停機(jī)檢修。
2 方案的選擇確定
原設(shè)計(jì)省煤器直管部分已經(jīng)采用肋片擴(kuò)展換熱面積,而且結(jié)構(gòu)緊湊。要降低排煙溫度,只能再增加換熱面積或者提高材料的傳熱系數(shù)和解決積灰問題。綜合以往的改造經(jīng)驗(yàn),采用了氣體保護(hù)熔爐釬焊工藝能提高傳統(tǒng)系數(shù),并且全涂層鎳基釬焊工藝材料表面光滑,可以減少積灰。通過比較決定采用全涂層鎳基釬焊技術(shù),焊接部位接觸好,熔合率可達(dá)99%,導(dǎo)熱效果良好,并且對于管子沒有任何損傷。很好地克服了高頻焊方面的不足。
(1)采用縱向釬焊鰭片技術(shù),該技術(shù)曾經(jīng)在山東濰坊發(fā)電廠高溫再熱器上使用,效果良好[2];但擴(kuò)展面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到。圖1縱向釬焊布置。
通過計(jì)算, X的高度達(dá)到46.24mm.如果把縱肋增加成16片,X的高度可以減低一半,但生產(chǎn)加工無法實(shí)現(xiàn)。另外這種布置形式,沿縱向管子上部有儲(chǔ)灰槽,容易儲(chǔ)灰,縮減了換熱面積,降低換熱效果。該方案不可行。
(2)采用螺旋形肋片布置,圖2螺旋肋片布置。經(jīng)過計(jì)算,采用材質(zhì)08Al-GB3526-83,材料規(guī)格1.3mm*18.5mm,間距10mm的螺旋肋片,采用全涂層釬焊工藝,即可增加換熱面積,提高換熱效率,使得省煤器換熱量達(dá)到原設(shè)計(jì)狀態(tài)。省煤器母管材質(zhì):20G-GB5310。另外為了更好能使鍋爐的運(yùn)行更加可靠,決定將省煤器直管部分的壁厚由3.8mm增加到4.0mm,即:Ф45×4mm,彎頭部分的壁厚由3.8mm增加到4.5mm,即:Ф45×4.5mm。同時(shí),為了避免爆管的發(fā)生,增大了彎管的彎曲半徑,使彎管外壁不至于太薄弱。
3 鎳基釬焊工藝的特點(diǎn)
鎳基釬焊屬于固相連接,他與熔焊方法不同,釬焊時(shí)母材不熔化,采用比母材熔化溫度低的釬料,加熱溫度采取低于母材固相線而高于釬料液相線的一種連接方法。當(dāng)被連接的零件和釬料加熱到釬料熔化,利用液態(tài)釬料在母材表面潤濕、鋪展與母材相互溶解和擴(kuò)散和在母材間隙中潤濕、毛細(xì)流動(dòng)、填縫與母材相互溶解和擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)零件間的連接。
釬焊具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)釬焊加熱溫度較低,對母材組織和性能影響較?。?/p>
(2)釬焊接頭平整光滑,外形美觀;
(3)焊件變形較小,尤其是采用均勻加熱的釬焊方法,焊件的變形可減小到最低程度,容易保證焊件的尺寸精度。
本次鎳基合金釬料采用氬氣氣體保護(hù)爐中釬焊,很好的保證了釬焊質(zhì)量。爐溫為1050℃一1100℃,焊后在一定冷卻速度和溫度下冷卻,保證母材的機(jī)械性能和金相組織等。釬焊層的滿焊面積達(dá)到99%以上。
4 鎳基釬焊的性能
生產(chǎn)過程中,根據(jù)電廠方面要求,隨機(jī)抽取兩段產(chǎn)品試樣提交山東電力研究院鍋檢中心進(jìn)行檢測。送樣為全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管兩段,各300mm 長。鍋檢中心試驗(yàn)室,采用縱向以及橫向45°等離子切割兩段試樣進(jìn)行截面的宏觀、金相組織和微觀質(zhì)量檢驗(yàn),對母材也相應(yīng)做了機(jī)械性能測試。結(jié)果滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。(圖3金相檢測的試樣)
5 改造后的效果
對7# 鍋爐省煤器進(jìn)行了改造,經(jīng)過各方面的共同努力,取得了一次試壓成功、一次沖轉(zhuǎn)成功、一次點(diǎn)火試運(yùn)成功,給廠方帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。改造后鍋爐熱效率提高了1.66個(gè)百分點(diǎn),即:
Δη=η2-η1=89.8%-88.14%=1.66% (1)
則改造后年標(biāo)煤節(jié)省量為:
ΔB=B×Δη/η1×τ×Qar.net/29.31 (2)
其中,B—鍋爐燃煤量,150 t/h;
τ—鍋爐年運(yùn)行小時(shí)數(shù),5 000 h;
Qar.net—燃料低位發(fā)熱值,21.86 MJ/kg。
計(jì)算得ΔB=10 535 t/年。
按標(biāo)煤價(jià)格600元/t計(jì),每年燃料費(fèi)節(jié)省632萬元。
經(jīng)過多年的運(yùn)行,證明了青島新能源科技有限公司的改造是卓有成效的。機(jī)組運(yùn)行安全可靠,排煙溫度比原來改造前降低30℃,可使鍋爐效率提高1.66%,根據(jù)計(jì)算,每小時(shí)可節(jié)煤2.11t,一年按5000小時(shí)計(jì)算,則可節(jié)煤10535t。這樣該機(jī)組省煤器的改造使廠方增創(chuàng)效益達(dá)632萬元/年。同時(shí)由于采用釬焊技術(shù),省煤器表面大大的減少了積灰,增加彎曲半徑,有效地抑制爆管、泄露等事故,根據(jù)計(jì)算,如果少發(fā)生一次爆管事故,就可以減少損失750萬元以上。
6 結(jié)語
山東黃臺(tái)發(fā)電廠7#鍋爐全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管省煤器的改造應(yīng)用,經(jīng)過10多年的運(yùn)行,證明理論上是可靠,技術(shù)上可行。為今后鍋爐改造提供了一種有效的節(jié)能措施。#7鍋爐省煤器的改造是完全成功的,確保了設(shè)備的安全運(yùn)行,提高了鍋爐效率達(dá)1.66%,使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性大大提高。
參考文獻(xiàn):
[1]張夢珠.工業(yè)鍋爐原理與設(shè)計(jì)[M].北京:水利電力出版社,1990.
[2]張日亮,張夢珠,韋德旺.釬焊鰭片管在鍋爐高溫再熱器上的應(yīng)用 [J].能源技術(shù),2009,4,30(02):126-128.
作者簡介:張日亮(1978-),男,工學(xué)學(xué)士,高級工程師,從事節(jié)能技術(shù)開發(fā)與市場服務(wù)工作。