600 MW锅炉受热面技术改造

600MW锅炉受热面技术改造苏利红，王兴（山西大学工程学院，太原030013的热力计算结果，对锅炉尾部烟道中低温过热器、低温再热器和省煤器受热面积进行了重新分配，使改造后的锅炉在运行中可采用较理想的汽温调节方式，从而达到了减少减温水量的目的，提高了锅炉运行的经济性和安全性。

　　维持稳定的汽温是保证锅炉安全和经济运行所必须的。汽温过高会使金属许用应力下降，影响机组的安全运行，汽温降低则会影响机组的循环热效率。据计算，过热器在超温10―20°C下长期运行，其寿命会缩短50%以上；而汽温每降低10C，会使循环热效率相应降低0.5%.运行中一般规定汽温偏离额定值的波动不能超过-10―+5C.因此，要求锅炉设置可靠的调温手段，以修正运行因素对汽温波动的影响1.汽温的调节方法可以归结为两大类：蒸汽侧调节和烟气侧调节。所谓蒸汽侧调节是指通过改变蒸汽的热焓来调节汽温，如：向过热器和再热器中通过喷水减温器喷水，降低蒸汽的热焓，以达到调节汽温的目的。烟气侧调节是通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例的方法来调节过热蒸汽温度和再热蒸汽温度，如：调节燃烧器倾角、采用烟气再循环、调节烟气挡板、改变炉膛出口过量空气系数等等2气喷水减温虽然具有方法简单、见效快、调温幅度大和运行可靠等优点，但是，从火电厂热力系统经济运行的角度来看，喷水减温的使用将造成机组在安全性和经济性方面不同程度的降低。对机组安全性的影响表现为锅炉受热面金属材料使用寿命降低、同时成为造成金属材料发生严重缺陷的潜在隐患。对机组经济性的影响主要表现为再热器和过热器减温水的增加直接导致了机组供电煤耗的增大。对于亚临界压力发电机组，再热器喷水相当于1台亚临界压力机组附带1台流量等于喷水量的中压机组，因此再热器喷水将引起发电机组煤耗的增加。对于600MW机组，当喷水量为60讣时，煤耗约增加2.05g/kWh4.因此运行中应选择应用适当的汽温调节方式，不能完全依赖喷水减温调节过热蒸汽汽温和再热蒸汽汽温。

　　1改造前锅炉受热面概况宁夏某电厂安装两台东方锅炉厂生产的亚临界自然循环锅炉，分别于2009年3月和4月投产运行。锅炉的尾部分为两个独立的烟道，前侧烟道内自上而下布置有三组低温再热器和一组省煤器；后侧烟道布置三组低温过热器和组省煤器。低温再热器侧和低温过热器侧烟道的横截面积分别占总烟道面积的39.2%和60.8%. 1.1过热器系统过热器系统由顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器和高温过热器组成。从锅筒顶部引出的饱和蒸汽经饱和蒸汽引出管进入顶棚进口集箱。在顶棚进口集箱，为减少蒸汽侧阻力，蒸汽分两路引出：路蒸汽由蒸汽旁路管直接引入后竖井中隔墙上集箱，另路蒸汽进入顶棚过热器。蒸汽经顶棚过热器加热后进入顶棚出口集箱。从顶棚出口集箱出来的蒸汽又分两路进入后竖井包墙下部环形集箱：路经后竖井前包墙进入后竖井包墙下部环形集箱；另路经后竖井的顶包墙、后包墙进入后竖井包墙下部环形集箱。两路蒸汽汇合后沿后竖井两侧墙向上进入后竖井侧墙上集箱，再通过包墙连接管进入后竖井中隔墙集箱。两路蒸汽汇合后通过后竖井中隔墙向下进入低温过热器的进口集箱。后竖井中隔墙将后竖井隔成前、后两个烟道，后烟道布置低温过热器受热面。低温过热器分为水平段和垂直段。水平段顺列逆流布置，共分成三个管组，每组间留有一定的检修空间。过热蒸汽由低过出口集箱经左右两侧的两个过热器级减温器进口连接管、左右两个过热器级减温器、左右两个过热器级减温器出口连接管进入前后两个屏过进口分配集箱，再由屏过进口连接管引入屏过进口集箱，过热蒸汽经屏式过热器加热后进入屏过出口集箱，再由屏过出口连接管分别进入前后两个屏过出口汇集集箱。屏式过热器位于炉膛的上方，为全辐射式受热面。

　　二级减温器布置在屏式过热器出口集箱至高温过热器进口集箱的连接管上，共两只。高温过热器悬吊在炉膛折焰角上方，顺列顺流布置。

　　1.2再热器系统再热器系统按蒸汽流程依次分为低温再热器和高温再热器。从汽轮机高压缸排汽口来的蒸汽从左右两侧经左右两个低再进口安全阀管段、左右两根低再进口导管进入位于低再进口集箱，然后进入低温再热器蛇形管。低温再热器位于后竖井的前烟道内，分为水平段和垂直段。水平段顺列逆流布置，共分成三个管组，每组间留有定的检修空间。水在低温再热器进入前转向室时，每两排管子合并成排，形成出口垂直段。蒸汽流经低温再热器后，直接进入高温再热器，经高温再热器加热后进入高再出口集箱，最后由左、右侧的高再出口导管经高再出口安全阀管段分左、右侧两路引出。高温再热器布置在水平烟道内顺列逆流布置。

　　1.3锅炉原设计的汽温调节方式过热器系统设有两级喷水减温器，用来调节过热蒸汽温度。一级减温器布置在低温过热器出口集箱至屏式过热器进口集箱的连接管上，共两只，锅炉设计BMCR工况过热器一级减温水量49.40t/h.二级减温器布置在屏式过热器出口集箱至高温过热器进口集箱的连接管上，共两只，锅炉设计BMCR工况过热器二级减温水量在32.93t/h.锅炉设计BMCR工况减温水量共计82.33t/h.调温幅度通过调节喷水量加以控制。一级减温器在运行中作汽温的粗调节，是过热汽温的主要调节手段，并对屏式过热器起保护作用，同时也可调节低过左右侧的蒸汽温度偏差，二级减温器作为调节过热蒸汽左、右侧的汽温偏差和汽温微调用，以确保蒸汽出口温度。

　　再热汽温调节主要采用挡板调温方式，通过操纵尾部烟道内的过热器侧和再热器侧烟气调节挡板，利用烟气流量和再热蒸汽出口温度的比例关系来调节挡板开度，从而控制流经再热器侧和过热器侧的烟气量，达到调节再热汽温的目的。

　　流经再热器侧的烟气量份额随锅炉负荷的降低而增加，在一定的负荷范围内维持再热汽温为额定值。再热蒸汽的进口管道上，还设置了两只再热器事故喷水减温器用于控制紧急状态下的再热汽温，再热器事故喷水减温器也采用多孔喷管式。另外，在低负荷时还可以适当增大炉膛进风量，作为再热蒸汽汽温调节的辅助手段。

　　2改造前锅炉运行状况该电厂锅炉在实际运行中由于煤种特性的变化及锅炉本体结构设计对煤种适应性低等因素的制约未能采用锅炉原设计的汽温调节方式进行调节。尾部烟道低温再热器侧的调温挡板设计上是用来调整再热汽温的，而实际运行中基本全开，同时还关小低温过热器侧的烟气挡板，从而导致再热汽温采用的汽温调节方式变为以蒸汽侧调节为主，这种运行方式加剧了低温再热器事故减温水的投入量，形成了一种恶性循环。这种采取非正常调节方式来防止过热器、再热器金属壁温超温报警的突出问题是再热器和过热器的减温水量严重超标，过多的减温水量影响锅炉实际运行的安全性和经济性。该电厂锅炉600MW设计负荷下的过热器减温水量约80t/h，而实际运行负荷在600MW的减温水量就已达到设计值的3倍左右。

　　再热汽温是通过再热侧烟气调温挡板来调节的，减温水量设计为零，实际上400MW负荷以上时再热器投入约100t/h的减温水。

　　为此，原锅炉结构已无法适应该电厂的实际运行情况，为了提高锅炉的安全性和经济性，必须按实际情况对其进行热力计算和对锅炉受热面进行重新改造，从而保证这两台锅炉经济、高效和安全运行。

　　表1实际煤种煤质特性379工业分析收到基全水分Mar/%12.7收到基灰份AarA22.35干燥无灰基挥发分VdafA27.65空气干燥基水分MadA4.49元素分析收到基碳Car/%52.56收到基氢Har//2.68收到基氧Oar/%8.11收到基氮Nar//0.55收到基硫Sar//1.05表2低温再热器受热面结构数据受热面项目低温再热器管径x壁厚m63.5x6横向节距m115纵向节距m87.3布置型式5管圈缠绕，顺列、逆流管排数量178表3低温过热器受热面结构数据受热面项目低温过热器管径x壁厚m57x7横向节距/im119纵向节距/mm79布置型式4管圈缠绕，顺列、逆流管排数量178 3技改的改造思路和具体方案3.1改造思路本次技术改造主要思路是通过利用锅炉热力计算得到的计算结果对锅炉尾部受热面进行重新分配，从而达到降低再热器和过热器减温水量的目的。

　　3.2具体改造方案本次技术改造的热力计算依据实际煤种进行，实际煤种指标见表1.本次热力计算方法采用锅炉机组热力计算标准方，通过热力计算得知，低温再热器受热面和低温过热器受热面的面积均减少到原面积的1/3，低温再热器侧的省煤器面积需增加为原面积的1.12倍，低温过热器侧的省煤器面积需增加为原面积的2.79倍。根据以上计算结果，对尾部受热面进行了如下的改造方案设计。

　　将低温再热器的下组和中组拆除，拆除的管屏总计356排，低温再热器入口集箱抬高并与上组低温再热器管排衔接。下面的省煤器管组位置不变，腾出的空间新加组膜式省煤器，膜式管组的下侧通过新加的过渡集箱（0 273x40与原省煤器管组的出口集箱通过吊挂管（051x10连接，膜式管组上侧出口通过新加的过渡集箱0273x40与原吊挂管051x10连接。新加的两个过渡集箱之间用耐热不锈钢管304作为吊管来连接承重，其两端用铰接的方式连接，避免了现场安装不能热处理的矛盾。改造后的低温再热器受热面主要结构数据见表2.低温过热器侧原有省煤器及其出口集箱保留不动，将低温过热器的中、下组拆除，拆除的管屏总计356屏。新加两组膜式省煤器，其入口、出口各加两个过渡集箱0273x40，集箱之间通过耐热合金材料的吊管连接承重，膜式省煤器管屏也由吊管来托撑。膜式省煤器的入口与原省煤器出口集箱用057x11.5的吊管连接，出口与原吊挂管（057x11.5连接。低温过热器的入口集箱0273x45抬高后与上组管排衔接，集箱下侧废弃的中隔墙（063.5x8部分仍作为隔墙使用，其上侧用合金扁钢与入口集箱下侧的焊接件合金扁钢（50x8，12Cr1MV连接；下侧与原烟道钢板用合金扁钢连接。改造后的低温过热器受热面主要结构数据见表采用膜式省煤器主要是出于提高管组磨损寿命这方面进行考虑。从目前各地电厂的改造运行经验看是行之有效的最佳选择，显出这种结构省煤器的优越性能。

　　低温再热器侧的膜式省煤器采用0 6.5碳钢管和5mm厚的Q235低碳钢膜片。低温过热器侧膜式省煤器采用051x7.5碳钢管和6mm厚的Q235低碳钢膜片。改造后新增的膜式省煤器结构数据见表4.表4膜式省煤器结构数据受热面项目低再侧的膜式省煤器低过侧膜式省煤器横向节距230230纵向节距57.560管径x壁厚/mm0 51x6.5051x7.5布置型式错列逆流错列逆流管材/膜片材料20G/Q23520G/Q235膜片厚度m56管排数量/排1782x178低再热器入P联箱改造前设计结构改造前后锅炉尾部受热面结构分别见下面图i和。

　　通过对锅炉受热面的改造，目前锅炉基本适应了使用的实际煤种，锅炉运行状态良好，而且通过此次改造达到了可采用较理想的汽温调节方式得目的。经过受热面改造后，锅炉的过热汽温主要采用喷水减温调温方式，再热汽温调节主要采用挡板调温方式，减温水量明显减少。技术改造后机组额定负荷时可降低约200th过热减温水量和约80t/h再热减温水量。本次技术改造不足之处是锅炉排烟温度比改造前略有上升约5°C左右。但总体来看，锅炉运行的安全性和经济性明显提高。