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410t/h锅炉高温段鳍片管省煤器改造设计
发布时间：2013-10-13 08:37 来源：未知
霍煤鸿骏铝电有限责任公司自备电厂4号锅炉自投产以来，锅炉高温段省煤器各部件存在着不同程度的磨损，在改造前的1年内曾发生多达5次磨损泄漏，严重影响到电厂的经济效益，甚至威胁到铝厂的正常供电。泄漏部位主要是高温段省煤器靠近两侧墙的外部弯头、穿墙管等。磨损的主要原因是烟气流速偏高，在局部形成烟气走廊，导致烟气分布不均，局部磨损严重。为解决上述问题，电厂委托东北电力科学研究院有限公司对4号锅炉高温段省煤器进行改造设计。
1、设备概况
锅炉为WGZ - 410/9.8- 13型高压、自然循环、单锅筒、固态排渣、Ⅱ型布置、膜式水冷壁结构的410 t/h燃煤锅炉，其炉膛横断面尺寸为9 840 mm xl0 320 mm。采用6台风扇磨直吹式制粉系统，其中l台风扇磨和1组直流式燃烧器相连，燃烧器为六角布置。在水平烟道内布置有屏式过热器、高温过热器和低温过热器，锅炉尾部竖井烟道中交叉布置省煤器和管式空气预热器。过热器采用二级喷水减温器，一级减温器布置在屏式过热器入口，二级减温器布置在高温过热器冷段和热段之间。锅炉采用固态排渣，炉膛底部冷灰斗配2台螺旋式捞渣机及2台碎渣机，水力除渣。锅炉主要设计参数见表1，锅炉设计燃料特性见表2。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
省煤器设计采用光管式，且分上下两级布置在尾部对流竖井烟道内。低温段省煤器在2010年初改造成鳍片管式，运行稳定。高温段省煤器沿锅炉宽度方向分左右两组对称布置，4个进出口联箱布置在炉外并通过支架支撑，烟道净宽10080 mm、深5940 mm。下排蛇形管距高温段空气预热器5740 mm，其蛇形管排本身高度为1860 mm。高温段省煤器蛇形管束通过4根钢梁支撑，每组蛇形管束有2根钢梁支撑。省煤器蛇形管采用∮32×4mm的管子，双管圈平行于前墙水平错列布置，横向56排，节距为106.5mm；纵向32排，节距为60mm。受热面积为1762 m2，烟气流通截面积为42.1m2，设计烟气平均流速为8.5 m/s。
2、省煤器改造方案
2.1 改造设计原则
此次改造设计的基本原则是：在不降低高温段省煤器吸热量、不影响高温段省煤器及锅炉正常运行的前提下，降低烟气流速。
将高温段光管式省煤器改造成鳍片管式省煤器，并降低烟气流速，减少磨损。保持给水管道和高温段省煤器进出口联箱标高、管径及壁厚不变，调整省煤器的管排数量（横向节距）、管子长度和纵向节距，改变传热系数和传热面积。
2.2 鳍片管式省煤器特点
a． 烟气流经鳍片管省煤器第一、二排管的鳍片后分成多层流束，可防止灰粒向后墙处移动，降低后墙处的灰浓度，还可使气流流动更有秩序，从而减少灰粒撞击管壁的机会，减轻受热面的磨损。
b． 鳍片使受热面扩展，在不增加空间位置和保证省煤器吸热量不变的情况下，能有效地降低烟气流速，减轻受热面的磨损。
c． 将烟道分割成一个个完全独立的曲径小烟道。在曲径小烟道中流动的烟气，由于受到壁面摩擦力的影响，靠近鳍片和管子处的气流速度降低，远离鳍片和管子处的气流速度升高。这种中间高两边低的速度分布减弱了烟气流对省煤器的磨损。
2.3 热力计算中主要参数的确定
进行受热面的改造设计，必须进行锅炉的整体热力计算，从而了解高温段省煤器的变化对整体换热的影响，为设计提供依据。对高温段省煤器的改造，为了进行整体热力计算，必须首先确定一些主要的热力参数，这样才能准确、切合实际地进行计算。
a．管径和材质
根据国内各电厂的运行情况和生产厂家的生产情况，确定鳍片管式省煤器的管子尺寸为∮32×4mm，材料采用20G钢，鳍片材料为A3钢。
b．污染系数
根据《锅炉机组热力计算标准方法》（1973年版）的相关规定，结合国内各电厂的相关试验数据并参考相关资料，确定高温段鳍片管式省煤器额定负荷下的污染系数为0.009 5(m2.K)/W。
c．烟气流速
确定烟气流速需要兼顾磨损、积灰及省煤器介质侧阻力问题，烟气流速既不能太高也不能太低。太高会加剧磨损，太低会加剧积灰，而且介质侧阻力也会明显增加。通过国内各电厂的改造运行经验，确定改造后高温段鳍片管式省煤器在燃烧试验煤种时烟气平均流速在8 m/s左右。
2.4省煤器布置方式的确定
省煤器布置方式的主要参数有横向节距、纵向节距、横向管排数和纵向管排数。当以上参数确定后，高温段鳍片管式省煤器的受热面积、烟气流通截面积、介质流通截面积和蛇形管排总高度等参数就已确定。
兼顾烟气流速、介质流速和换热量等影响因素，并考虑尽量减少改造的工程量、维持给水管道和进出口联箱位置不变，最终确定高温段鳍片管式省煤器的结构参数。
3、热力计算
热力计算数据来源于原热力计算书和热力试验数据，以《锅炉机组热力计算标准方法》（1973年版）为标准进行计算，高温段省煤器主要热力计算结果见表3。
改造后的鳍片管式省煤器，蛇形管管径和壁厚不变，管子数量由原来的444根减至348根，横向节距由原来的106.5 mm增至136 mm。在燃烧试验煤种情况下，额定负荷时，烟气平均流速由8.8m/s降至8.05 m/s，人口烟气流速由9.6m/s降至8.8 m/s，出口烟气流速由8m/s降至7.3 m/s；70MW负荷时，烟气平均流速由6.2 m/s降至5.6m/s，入口烟气流速由6.7 m/s降至6.2 m/s，出口烟气流速由5.7 m/s降至5m/s。磨损量与烟气流速的三次方成正比关系，烟气平均流速的下降将使省煤器的磨损明显减轻。纵向节距由原来的60mm调整为45 mm，鳍片高度为28 mm，改造前换热面积为1762 m2，改造后换热面积为2 787.2m2，其中鳍片面积为1 468.4 m2，总换热面积增加1 025.2 m2。额定负荷下的传热系数由原来的70.2W/(m2．K)降至47.12 W/(m2-K)，高温段省煤器换热量增加，排烟温度下降0.6℃，锅炉效率提高0. 04个百分点。改造后热风温度降低3℃。
4、其它相关计算
进行鳍片管式省煤器的改造，使烟气侧和介质侧阻力由于受热面形式的变化都发生了改变，且省煤器进出口联箱的孔节距、省煤器的总重也发生了变化，所以需要进行省煤器烟气侧、介质侧阻力计算，以及进出口联箱、蛇形管和支撑钢梁的强度校核。
4.1烟气侧阻力
依据《锅炉设备空气动力计算标准方法》进行烟气侧阻力计算，改造后烟气侧阻力为128 Pa，比改造前的187.6 Pa减小59.6 Pa，可见改造后能够减小引风机的电耗。
4.2介质侧阻力
介质侧阻力的计算是根据《电站锅炉水动力计算方法》JB/2201-83，改造后介质侧阻力为0. 039 MPa，比改造前的0.033 MPa高0.006 MPa，而给水泵设计压头的裕度完全可以克服改造后介质侧增加的阻力。
4.3强度校核
由该锅炉的原强度计算说明书得知，高温段省煤器集箱材料为20G，规格为∮219×20 mm，最小壁厚为17. 38 mm；省煤器蛇形管材料为20G，规格为∮32 x4 mm，最小壁厚为2.66 mm。改造后联箱和蛇形管材料也为20G．规格分别为∮219×20 mm和∮32 x4 mm。最小壁厚与工作压力、温度及开孔大小和孔间距等因素有关，因改造后的工作压力、温度和开孔大小没有变化，孔间距变大，可见改造后集箱和蛇形管的强度没有问题。
高温段省煤器进出口联箱和蛇形管圈支撑方式不变，原支撑钢梁为热轧普通槽钢，型号为40a；改造后高温段省煤器总重增加12.5t，支撑钢梁应选热轧普通槽钢(GB707-65)，型号为40c。
5、改造成本及经济效益核算
5.1改造成本核算
霍煤鸿俊铝电有限责任公司4号锅炉高温段省煤器改造方案的钢材成本核算见表4。
5.2经济效益核算
4号锅炉高温段省煤器改造后能够解决省煤器因磨损发生的泄漏问题，提高锅炉的利用率和连续运行时间，增加发电量，降低检修成本。据电厂统计，在过去的1年内因高温段省煤器磨损泄漏而停炉多达5次，每次停炉临检需要36 h。假设上网电价为0.29元tkWh，平均负荷为额定负荷的80%，发电成本为0. 22元/kWh，每次启炉用油10t，油价为7900元／t。改造后，锅炉效率提高0.04个百分点，每年燃料费用节省约5万元。改造后，每年增加的经济效益为145.3万元，1年左右可以收回改造成本。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
6、结束语
将高温段光管式省煤器改成鳍片管式省煤器，在额定负荷下燃烧试验煤种时，烟气流速由8.8 m/s降至8.05 m/s；换热面积增加1 025.2 IT12；传热系数由70.2 W](1112．K)降至47.12 W/(m2．K)；排烟温度下降0.6℃；锅炉效率提高0. 04个百分点。改造前介质侧阻力为0. 033 MPa，改造后介质侧阻力为0.039 MPa，即介质流动阻力增加0.006MPa；改造前烟气侧阻力为187.6 Pa，改造后烟气侧阻力为128 Pa，即烟气侧阻力降低59.6 Pa。通过计算，支撑钢梁应由热轧普通槽钢40a改为40c。改造总费用约为160万元，改造后每年能够增加145.3万元的经济效益，1年左右可以收回改造成本。
