燃氣鍋爐省煤器改造降低排煙溫度

王東明，黨占東

（本鋼板材有限公司發(fā)電廠，遼寧本溪 117000）

前言

近年來，節(jié)能降耗、低碳環(huán)保成為各個生產(chǎn)領(lǐng)域研究的重要課題。鍋爐熱效率是鍋爐運行過程中最為重要的指標，而排煙溫度則是影響鍋爐熱效率眾多因素中最重要的一個。排煙溫度的高低直接影響鍋爐效率的高低。經(jīng)驗證明，排煙溫度每降低15～20 ℃，鍋爐熱效率增加1%左右，而這將大大地提高煤燃燒效率，降低成本，減少污染物排放量。我國火力發(fā)電廠的很多鍋爐排煙溫度都超過設(shè)計值，一般比設(shè)計值高20～50 ℃，因此如何降低鍋爐排煙溫度就顯得尤為重要，具有經(jīng)濟效益。本鋼發(fā)電廠在節(jié)能減排中積極創(chuàng)新，結(jié)合生產(chǎn)實際，不斷對鍋爐進行節(jié)能改造。

1 設(shè)備概況

本鋼發(fā)電廠高壓作業(yè)區(qū)220 t/h 蒸汽鍋爐（21#鍋爐）是武漢鍋爐廠生產(chǎn)的WGZ-220/9.8 型煤粉鍋爐，于2010 年改造為燃高爐煤氣鍋爐（可摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣或純燒高爐煤氣），鍋爐為單鍋筒自然循環(huán)，集中下降管“П”型布置的全燃高爐煤氣鍋爐，按室內(nèi)布置，鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁，爐膛出口處布置屏式過熱器，水平煙道裝設(shè)了兩級對流過熱器。爐頂、水平煙道兩側(cè)及轉(zhuǎn)向室設(shè)置頂棚管和包墻管，尾部豎井煙道中交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預(yù)熱器，最后尾部設(shè)有高爐煤氣預(yù)熱器。鍋爐采用旋流式煤氣燃燒器正四角切向布置，在爐膛下部采用強化傳熱傳質(zhì)的蓄熱穩(wěn)燃裝置。21#爐一般以高爐煤氣摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣為主，冬季有時會純燒高爐煤氣。改造后煤氣預(yù)熱器設(shè)計出口煙溫為130 ℃，近幾年運行時，實際排煙溫度為150 ℃以上。

2 排煙溫度高的原因分析

(1)鍋爐排煙溫度高的原因一般是爐本體及煙道漏風(fēng)，在正常負壓運行中的鍋爐，外界冷空氣通過鍋爐不嚴密處漏入爐膛以及煙道中，導(dǎo)致煙氣中過量空氣增加，漏風(fēng)使排煙損失增大不僅僅是它增加了排煙容積，而且也使排煙溫度增加，這是因為漏入煙道的冷空氣會使漏風(fēng)點處的煙氣溫度降低，從而使漏風(fēng)點以后所有的受熱面的傳熱能都減少，故使排煙溫度升高。

(2)過?？諝庀禂?shù)過大，導(dǎo)致入爐空氣量大，煙氣量也大，煙氣排入大氣所帶走的熱量就高，排煙溫度也高。運行工況惡化，一次風(fēng)和二次風(fēng)配比不合適不合理，導(dǎo)致火焰中心上移；傳熱面積灰，導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降等，也會使排煙溫度升高。

(3)給水溫度的變化，冬季、夏季引風(fēng)機入口風(fēng)溫度的變化也導(dǎo)致鍋爐排煙溫度的變化。

(4)本鍋爐由煤粉爐改造為燃高爐煤氣鍋爐時，受熱面布置不合理，導(dǎo)致受熱面吸熱不足，鍋爐排煙溫度高。通過對鍋爐運行狀況、運行參數(shù)分析，認為本鍋爐漏風(fēng)因素及一二次風(fēng)配比因素對鍋爐排煙溫度影響較小，通過運行調(diào)整維護可得到改善；認為可以對省煤器進行改造，通過增加省煤器換熱面積，增加對煙氣的吸熱量，降低鍋爐排煙溫度。

3 省煤器改造方案

3.1 省煤器是鍋爐的一個重要的受壓元件，省煤器改造對鍋爐的整體性能都有影響，因此需要進行鍋爐的整體優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)基本保證鍋爐的原有整體性能，并減少對其它部件的影響。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，省煤器上下都有一定空間，增加省煤器受熱面不影響其他檢修空間，采取調(diào)整省煤器受熱面是簡單可行的。

3.2 設(shè)備性能參數(shù)

3.2.1 原鍋爐的設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 原鍋爐的設(shè)計參數(shù)

3.2.2 省煤器原設(shè)計參數(shù)

高溫省煤器入口最大煙氣量：350000 m3/h;

高溫省煤器入口煙氣溫度：580.6 ℃;

鍋爐給水量：224400 kg/h;

高爐煤氣耗量：120000 m3/h;

轉(zhuǎn)爐煤氣耗量：20000 m3/h;

鍋爐蒸發(fā)量：220 t/h;

鍋筒工作壓力為11.27 MPa，省煤器部件水壓試驗壓力為14.09 MPa。

3.3 改造方案

將原上部蛇形管高溫省煤器全部拆除，更換為螺旋翅片管，增加高溫省煤器換熱面積。在低溫省煤器上部空間增加12 排螺旋翅片管。省煤器改造新增高溫螺旋翅片管管束、低溫螺旋翅片管管束及低溫省煤器支撐梁。新增低溫省煤器底部增加8根支撐梁。

改造后管排的橫向節(jié)距及布管方式與原省煤器一致，以利用原省煤器集箱。為節(jié)省加工時間，高溫省煤器進出口集箱位置不變，將管子與集箱之間的管子切割，切割時在集箱留管接頭。新省煤器管子與原集箱管接頭對焊。低溫省煤器上集箱（4根）均需要與原管排切割分離，然后上移，集箱管接頭與增加的省煤器管接頭對焊。

3.4 設(shè)備結(jié)構(gòu)

高溫省煤器由光管改為螺旋翅片管，翅片管沿氣流方向錯列布置，縱向排數(shù)仍為24排。低溫省煤器頂部增加的螺旋翅片管與原翅片管結(jié)構(gòu)相同，縱向排數(shù)由原來的28 排改為40 排，增加了12 排。省煤器改造，新增高溫螺旋翅片管管束、低溫螺旋翅片管管束及低溫省煤器支撐梁。

3.5 材料規(guī)格

高溫省煤器管子材質(zhì)為20G（GB5310），翅片材質(zhì)OCr13。低溫省煤器管子材質(zhì)為20G（GB5310），翅片材質(zhì)08AL。螺旋翅片管，基管選用φ32×4mm，20#低碳鋼無縫鋼管，符合GB16507 的規(guī)定。翅片選用08F 鋼帶，翅片高度16 mm，翅片厚度1.2 mm。傳熱元件對接焊縫采用氬弧焊；基管與翅片之間的焊接采用高頻電阻焊，符合HG/T3181 的規(guī)定。翅片高度允許偏差±0.75 mm，翅片厚度允許偏差±0.13 mm，翅片螺距允許偏差±0.2 mm，翅片全長焊著率大于95%。

3.6 改造后設(shè)備參數(shù)

高溫省煤器入口煙氣量：350000 m3/h;

高溫省煤器入口煙氣溫度：580.6 ℃;

鍋爐給水量：224400 kg/h;

高爐煤氣耗量：120000 m3/h

轉(zhuǎn)爐煤氣耗量：20000 m3/h;

鍋爐蒸發(fā)量：220 t/h;

改造后原鍋爐的有關(guān)參數(shù)見表2。

省煤器出口汽化率：≤15%。

表2 改造后鍋爐有關(guān)參數(shù)

3.7 省煤器改造施工內(nèi)容

高、低溫省煤器側(cè)墻拆除及恢復(fù)；低溫省煤器出口集箱（4 個）拆除移位；原高溫蛇形管省煤器拆除；新低溫省煤器支撐梁焊接；新高、低溫省煤器管排安裝。

4 改造效果

(1)2017 年利用大修機會按計劃方案對省煤器進行了改造，取得顯著效果。改造后，對比去年鍋爐相同工況數(shù)據(jù)，排煙溫度由原來的153～158 ℃，降低到現(xiàn)在的122 ℃左右，降低了31～36 ℃，取平均最低值30 ℃。鍋爐滿負荷220 t/h 左右時，煙氣量折算為350000 m3/h，煙氣比熱取經(jīng)驗值1.45 kJ/（m3·℃），

鍋爐煙氣余熱回收熱量約：

(2)提高了鍋爐效率。21#爐滿負荷時燃料折合使用煤氣量約643 GJ，省煤器改造后鍋爐效率提高了：15.2/643×100%=2.36%；

(3)高爐煤氣價格32 元/GJ，每小時降成本：15.2×32=486.4(元/h)，每年運行時間按8000 h，年降成本：486.4×8000=389.1 萬元。年節(jié)能12.16 萬GJ，折標煤4154 t。

(4)項目總投資53.3 萬元，投資回收期不到2 個月。

(5)改造經(jīng)驗。為預(yù)防省煤器沸騰而產(chǎn)生爆管，高溫省煤器最上層的4 排管束可采用傾斜布置,傾角2.1°。根據(jù)原設(shè)計圖紙，省煤器翅片只有中間部分纏翅片，而在彎頭部分沒有設(shè)置煙氣擋板，實際運行時，由于管子兩段空隙較大，此處易形成煙氣走廊。特別是在增加省煤器受熱面，提高了省煤段吸熱能力的時候，高溫省煤器將產(chǎn)生沸騰（單燒高爐煤氣工況較高），此時管子彎頭處由于存在煙氣走廊的情況，傳熱較強，易引高溫區(qū)起管端過燒現(xiàn)象（20G使用溫度＜460 ℃），縮短設(shè)備使用壽命。因此在新增的省煤器兩段增加擋板，以此來消除煙氣走廊帶來的危害，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

5 結(jié)論

本次省煤器改造取得顯著效果，增加省煤器受熱面后，確實降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率。有效降低排煙溫度30℃左右，提高鍋爐效率2%以上。具有投資少、收益大、投資回收期短，值得推廣。本次改造在減少燃料消耗量的同時對裝置節(jié)能降耗和減少環(huán)境污染起到積極的作用。