全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管省煤器的應(yīng)用

張日亮 楊賡 覃巍巍 鐘屹

摘 要：簡(jiǎn)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(zhǎng)期運(yùn)行磨損和嚴(yán)重積灰，導(dǎo)致排煙溫度過(guò)高，鍋爐的效率受到很大影響。改造后原來(lái)的積灰問(wèn)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(wú)故障運(yùn)行周期也大大延長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)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(lái)，由于長(zhǎng)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(lái)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(lái)，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(zhǎng)期運(yùn)行來(lái)一直存在偏流、堵灰、磨損爆管等問(wèn)題，影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)，給生產(chǎn)管理帶來(lái)了很大的不便。在285MW工況下實(shí)測(cè)，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(shuō)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(wú)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(guò)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(duì)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(méi)有肋片容易導(dǎo)致過(guò)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(duì)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(kāi)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(duì)于管子沒(méi)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(guò)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(wú)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(guò)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(rùn)濕、鋪展與母材相互溶解和擴(kuò)散和在母材間隙中潤(rùn)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(duì)母材組織和性能影響較??；

（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(guò)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(cè)。送樣為全涂層鎳基釬焊螺旋肋片管兩段，各300mm 長(zhǎng)。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(duì)母材也相應(yīng)做了機(jī)械性能測(cè)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(cè)的試樣）

5 改造后的效果

對(duì)7# 鍋爐省煤器進(jìn)行了改造，經(jīng)過(guò)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(lái)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(wàn)元。

經(jīng)過(guò)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(lái)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(wàn)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(wàn)元以上。

6 結(jié)語(yǔ)

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(guò)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(mèng)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(mèng)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(jiǎn)介：張日亮（1978-），男，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師，從事節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)服務(wù)工作。