蒸汽鍋爐面式減溫器改造

郭瑞倩

（哈爾濱和匯焓科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028）

1 蒸汽鍋爐概述

某熱力公司現(xiàn)有的蒸汽鍋爐為過熱蒸汽鍋爐，蒸發(fā)量150 t/h，額定蒸汽壓力1.6 MPa，過熱蒸汽溫度300℃，燃料采用褐煤，用于發(fā)電。爐膛寬度為11 860 mm，爐膛深度為（前后水冷壁中心線間距離）6 700 mm。爐膛中的煙氣經(jīng)爐膛出口窗進入深度為1 600 mm的燃燼室，流經(jīng)燃燼室內(nèi)布置高溫段過熱器和低溫段過熱器，折向90°流向下方，從下方轉(zhuǎn)90°后水平進入對流管束，進入對流管束后，在隔煙墻的作用下，縱向沖刷對流管束，然后煙氣從上方水平流出，折向90°后，逆流橫向沖刷三級鋼管省煤器，縱向沖刷立式空氣預(yù)熱器，最后經(jīng)尾部煙道排出。

飽和蒸汽從鍋筒引出后，進入低溫段過熱器，單管圈的低溫過熱器與煙氣流動方向呈逆流，低溫段過熱器與高溫段過熱器間有面式減溫器，過熱蒸汽流經(jīng)面式減溫器后進入高溫段，最后匯入過熱器出口集箱引出，過熱器布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于過熱器管溫度較高，爐內(nèi)參與換熱和爐外不受熱管壁溫不同，因此，設(shè)置過熱器管換材點，爐內(nèi)管材采用12Cr1MoVG，爐外管材采用15CrMoG。

2 面式減溫器

面式減溫器換熱方式為間壁式換熱，通過對流換熱達到冷卻過熱蒸汽的目的。兩種換熱介質(zhì)并不接觸，對冷卻介質(zhì)沒有特殊要求。在工業(yè)鍋爐中，通常用回水作為冷卻水，不需對水質(zhì)進行再處理，經(jīng)濟性好。

面式減溫器減溫幅度受限，一般情況下，減溫幅度隨水量的增加而增大[1]。面式減溫器調(diào)節(jié)幅度受限，當減溫水達到一定值后，減溫幅度不再變化，若想繼續(xù)降低蒸汽溫度，只能更換更大容量的減溫器。受減溫器該特點的限制，在實際運行中，經(jīng)常出現(xiàn)蒸汽超溫現(xiàn)象。

該蒸汽鍋爐面式減溫器為U型管表面式減溫器，結(jié)構(gòu)如圖2所示。集箱上部中心線兩側(cè)30°管為蒸汽入口，下部為蒸汽出口管。圖中集箱內(nèi)位置，上部圓管為冷卻水出口管，下部為冷卻水入口管，連接冷卻水進出管的為中間蛇形管。

實際運行中發(fā)現(xiàn)，當鍋爐負荷在120 t/h時，減溫水量已達88 t/h，此時過熱蒸汽溫度為306.9℃。繼續(xù)增加負荷時，即使增加減溫水量也會出現(xiàn)蒸汽超溫現(xiàn)象，而資料中顯示實際鍋爐運行中出現(xiàn)過熱器高溫爆管的現(xiàn)象也很多[2-4]，過熱器管超溫爆管不僅影響鍋爐的正常運行，更嚴重者可能引起爆炸等更嚴重事故。

3 噴水減溫器

噴水減溫器是通過將減溫水霧化，噴入過熱蒸汽中，與過熱蒸汽混合并汽化。水的汽化過程是吸熱過程，過熱蒸汽的熱量被水吸收，達到降低過熱蒸汽溫度的目的。噴水減溫對水質(zhì)要求較高，根據(jù)噴水量來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度，慣性小、減溫幅度大。并且過熱蒸汽溫度至少應(yīng)大于該壓力下飽和溫度20℃，否則減溫水不能及時汽化，影響鍋爐安全運行。由于噴水減溫這種氣溫調(diào)節(jié)方法具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)范圍大、惰性小等特點[5]，在較大容量鍋爐上應(yīng)用比較廣泛。

4 減溫器結(jié)構(gòu)改造

為降低減溫器調(diào)溫反應(yīng)時間，提高過熱蒸汽品質(zhì)，對蒸汽鍋爐原有面式減溫器進行改造，將面式減溫器更換為噴水式減溫器。具體設(shè)計改造措施如下：

1）取消原有面式減溫器集箱，但由于受到鍋爐結(jié)構(gòu)及鍋爐房高度的限制，原面式減溫器集箱拆除難度大，因此改造時考慮保留原面式減溫器集箱，將其作為高溫與低段過熱器的中間集箱使用，將集箱內(nèi)的換熱管與連接法蘭去除，將面式減溫器下部兩排管與原過熱器管斷開并封堵。面式減溫器原進水管與鍋爐主給水管斷開并封堵，回水管與混合器接頭斷開并封堵。原有的反沖洗管路與新設(shè)計的噴水減溫器反沖洗管路連接。

2）原面式減溫器周圍位置受限，新噴水減溫器部件不能放置在剩余空隙內(nèi)，因此考慮將噴水減溫器部件放置在鍋爐爐頂。由于鍋爐寬度較寬，若從單側(cè)噴水會導(dǎo)致蒸汽與水混合不均勻，導(dǎo)致左右蒸汽出現(xiàn)溫差，因此考慮在高溫段與低溫段過熱器間增加兩個噴水減溫器，左右對稱布置，兩側(cè)噴水。在原面式減溫器集箱開若干圓孔，將連接管與原面式減溫器集箱與噴水減溫器集箱相連。

3）增加低溫過熱器出口集箱，將原面式減溫器集箱斷開的過熱器管與新增低溫過熱器出口集箱連接。新增低溫過熱器出口集箱上設(shè)計有連接管接頭，連接管與新增噴水減溫器集箱相連。

4）面式減溫器集箱兩端通過連接管與噴水減溫器相連，減溫后的過熱蒸汽通過此連接管進入原面式減溫器集箱，過熱蒸汽在原面式減溫器集箱內(nèi)混合后進入高溫段過熱器，與煙氣進一步進行換熱。

5）增加噴水減溫水管路及閥門等，減溫水來自于經(jīng)過處理的鍋爐給水。減溫水管路在鍋爐給水管引出，引出后分成兩個減溫水管路進入鍋爐左右兩端的噴水減溫器。在減溫水管路上設(shè)置閥門、溫度計、流量計等附件，以便更好地調(diào)節(jié)減溫水流量。

6）減溫水管路上的調(diào)節(jié)閥、溫度計及流量計等附件，可以根據(jù)實際需要將其引至操作平臺或者主控制室內(nèi)。

7）原設(shè)計中需要拆除的部件及保溫等在不影響新增噴水減溫部件的基礎(chǔ)上可根據(jù)需要決定拆除或者保留。

5 改造后系統(tǒng)及運行情況

根據(jù)改造設(shè)計文件對面式減溫器進行改造，噴水減溫系統(tǒng)滿足質(zhì)檢及運行要求，對原面式減溫器減溫水管路及閥門等部件，在不影響新增部件的前提下，進行了保留處理，減少了施工成本。

從鍋筒出來的飽和蒸汽進入低溫過熱器入口集箱，在低溫過熱器入口集箱內(nèi)均勻進入低溫過熱器管，與煙氣換熱后，進入低溫過熱器出口集箱。在低溫過熱器出口集箱內(nèi)通過連接管進入噴水減溫器混合集箱，蒸汽自混合集箱左右兩側(cè)進入噴水減溫器，與水進行混合并換熱，降溫后的過熱蒸汽進入高溫過熱器入口集箱，在集箱內(nèi)均勻進入高溫過熱器管，與煙氣換熱后，得到所需要相應(yīng)溫度與壓力下的過熱蒸汽，最后由過熱器出口集箱兩側(cè)排出。

對鍋爐試運行時的數(shù)據(jù)進行記錄，通過對比歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，噴水減溫器噴水量在鍋爐滿負荷時只有9 t/h左右，而原面式減溫器在出力為120 t/h時，減溫水量就已達到90 t/h，減溫水量較之前大大較少。減溫調(diào)節(jié)時間也比原面式減溫器大大縮短。此次改造滿足了快速降低過熱蒸汽的目的，蒸汽品質(zhì)并未受到影響。

6 結(jié)論

將面式減溫器改造為噴水減溫器后，鍋爐已正常調(diào)試運行。經(jīng)改造后，噴水減溫調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度響應(yīng)時間更短，調(diào)節(jié)溫度更加精準，減溫水量大大減少，經(jīng)濟適用性更高。