樊江濤（大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司,陜西　韓城　715400）

鍋爐受熱面改造對鍋爐減溫水量的影響

樊江濤
（大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司,陜西韓城715400）

通過分析大唐韓城第二發(fā)電公司3號機組運行中管壁超溫、減溫水量大的原因，提出鍋爐受熱面的改造方案，鍋爐受熱面改造后，達到降低鍋爐減溫水量，提高主蒸汽溫度的目的，從而改善機組循環(huán)熱效率，同時，受熱面管壁溫度大幅度降低，提高了鍋爐的安全性。

管壁超溫；減溫水量大；受熱面；過熱器；再熱器

0　前言

大唐韓城第二發(fā)電公司3號鍋爐投運以來長期由于屏過管壁超溫，存在過熱器減溫水量大、主汽溫度低，再熱減溫水量大等問題。對鍋爐的安全性、經(jīng)濟性造成影響，通過對國內(nèi)同類型機組調(diào)研和分析，原因為鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理；鍋爐實際燃用煤種和設(shè)計煤種有較大差異引起，經(jīng)過鍋爐受熱面的改造，解決了安全、經(jīng)濟問題，對國內(nèi)同類型鍋爐的改造有借鑒作用。

1　設(shè)備概況簡介

（1）大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司Ⅱ期2×600MW汽輪發(fā)電機組，鍋爐為亞臨界、單爐膛、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、全鋼懸吊型結(jié)構(gòu)、半封閉布置的自然循環(huán)汽包爐。鍋爐汽包設(shè)計壓力19.82MPa，額定蒸發(fā)量為1923.7t/h，額定蒸汽溫度541℃。設(shè)計主燃料為韓城當(dāng)?shù)孛?，低位發(fā)熱量20260kJ/kg。

（2）爐膛燃燒方式為正壓直吹式制粉系統(tǒng)，燃燒器采用前、后墻對沖布置。前（C、D、E磨）、后墻（A、B、F磨）上各3層，每層5只旋流式軸向低NOx煤粉燃燒器和相應(yīng)的油點火器。在頂層燃燒器上方布置一層燃燼風(fēng)，前、后墻各5只。過熱蒸汽汽溫主要靠一、二級噴水減溫器調(diào)整，共布置有兩級四點。再熱蒸汽汽溫主要依靠設(shè)置在尾部分煙道底部的調(diào)節(jié)擋板裝置來調(diào)節(jié)。并在冷段再熱器入口導(dǎo)管上裝設(shè)了兩只事故噴水減溫器。

2　改造分析

（1）鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用的熱負荷指標(biāo)不合理，導(dǎo)致爐膛設(shè)計偏小及爐膛高度偏低。設(shè)計煤種的含硫量＞1.5%，應(yīng)該采用較小的爐膛容積放熱強度qv及斷面放熱強度qF（即爐膛小了），而這兩個數(shù)值在設(shè)計時采用了推薦上限值的均值。燃盡區(qū)高度h1的取值達到了推薦下限值的下限，明顯偏低，說明燃盡區(qū)高度不足，不利于煤粉的燃盡。這些因素直接導(dǎo)致鍋爐蒸發(fā)受熱面布置不足。

（2）導(dǎo)致鍋爐運行異常的根本原因是受熱面的布置與熱負荷分配不合理，不同負荷下鍋爐蒸發(fā)受熱面吸熱量及吸熱比率比設(shè)計值低，低溫過熱器和末級過熱器吸熱量及吸熱比率比設(shè)計值高等，這說明鍋爐設(shè)計時對鍋爐進行性能核算采用的相關(guān)經(jīng)驗系數(shù)，如爐膛灰污系數(shù)、燃燒中心高度系數(shù)、輻射換熱系數(shù)及對流換熱系數(shù)等的取值及計算不當(dāng)，導(dǎo)致各受熱面的設(shè)計熱負荷分布與實際偏差過大。典型的表現(xiàn)是，各負荷下鍋爐實際給水溫度比設(shè)計值高6～12℃時，最終導(dǎo)致使用大量的過熱器減溫水。

（3）造成鍋爐過熱器管壁超溫的原因有很多，比如煙氣流場及溫度場偏差、工質(zhì)流量及偏差等等。鍋爐的實際運行情況進行分析后認為，造成鍋爐高溫過熱器金屬管壁超溫的主要原因是由于蒸發(fā)受熱面的產(chǎn)汽量不足，導(dǎo)致過熱器系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)流量偏少而造成工質(zhì)溫度偏高，如100%和75%THA時實際運行中低溫過熱器的吸熱量比設(shè)計值大很多，50%THA時二者相當(dāng)（但是由于工質(zhì)流量小于設(shè)計值，工質(zhì)溫升會高于設(shè)計值）。這樣，就會造成鍋爐實際運行時，低溫過熱器出口汽溫比設(shè)計值大，從而使屏式過熱器內(nèi)部工質(zhì)平均溫度偏高，使屏過管壁溫度比設(shè)計溫度高，在煙氣流動與溫度偏差的共同作用下在管壁局部就容易發(fā)生超溫現(xiàn)象。

（4）導(dǎo)致過熱器減溫水量大的主要原因有兩個：一是由于鍋爐實際運行中蒸發(fā)受熱面的吸熱量比率比設(shè)計值小，根本原因是鍋爐受熱面布置不合理，省煤器布置偏少導(dǎo)致省煤器出口溫度偏低使?fàn)t膛水冷壁的產(chǎn)汽能力不足，同時由于鍋爐主汽溫度和再熱器溫度都不得不在欠溫的條件下運行，為了維持汽輪機組的正常出力，就必須加大減溫水量，讓減溫水量彌補產(chǎn)汽量的不足和由于主汽及再熱器欠溫造成的汽輪機出力不足；二是由于設(shè)計時低估了低溫過熱器的吸熱能力而使低溫過熱器布置過多，在蒸發(fā)受熱面產(chǎn)汽量不足的情況下，必然使低溫過熱器實際出口汽溫比設(shè)計值大，也必然造成后續(xù)高溫受熱面金屬管壁超溫，因此需要大量的過熱減溫水將屏式及高溫過熱器內(nèi)部工質(zhì)的溫度降下來，同時在一定程度上降低主汽溫度，以保證高溫換熱器金屬管壁溫度在其可承受的溫度范圍內(nèi)。

（5）設(shè)計減溫水量一、二級相當(dāng)，而實際運行時，減溫水只在屏過入口前噴，即只有一級減溫水，而且100%THA 和75%THA負荷時減溫水量相對于設(shè)計計算結(jié)果要大很多。100%THA和75%負荷時，運行中低溫過熱器出口汽溫要比設(shè)計計算的結(jié)果高，這會造成屏式過熱器內(nèi)蒸汽的溫度比設(shè)計值高，從而造成屏式過熱器管壁溫度比設(shè)計的高。其根源是進入低溫過熱器的蒸汽流量不足低過受熱面布置過多，從而造成流量偏少、溫度偏高的蒸汽對屏式過熱器的冷卻不足而超溫的結(jié)果。100%THA和75%THA，實際運行時鍋爐低溫過熱器吸熱量所占比率比設(shè)計值大很多，而各個負荷下蒸發(fā)受熱面吸熱量卻比設(shè)計值小。同時，末級過熱器的吸熱量比設(shè)計值要大很多，再熱器的吸熱量運行比設(shè)計小。由于末級過熱器吸熱量比設(shè)計值大，所以在工質(zhì)流速和流量基本相同的情況下，末級過熱器的管壁溫度就要比設(shè)計的高一些，容易造成管壁超溫。由于鍋爐實際燃燒煤種中的灰分含量較設(shè)計煤種多，這可能會使換熱器的灰污程度比設(shè)計的嚴(yán)重。在屏式過熱器和末級過熱器內(nèi)的工質(zhì)溫度一定時，灰污越嚴(yán)重，管壁的平均熱阻就越大，壁溫一般就會越高。

（6）所有負荷下，屏式過熱器的吸熱比例都比設(shè)計的吸熱比例小，而末級過熱器的實際吸熱比都比設(shè)計值高很多。這說明鍋爐設(shè)計時對鍋爐進行性能核算采用的相關(guān)經(jīng)驗系數(shù)的取值不當(dāng)，導(dǎo)致各受熱面的設(shè)計熱負荷分布與實際偏差過大。所有負荷下，鍋爐的燃煤量都比對應(yīng)的設(shè)計燃煤量多，平均多30t/h左右，部分煤耗增加是由于鍋爐機組降參數(shù)運行導(dǎo)致效率降低而使煤耗增加，也說明實際燃用煤種和設(shè)計煤種有一定差異，但是這個差異不至于嚴(yán)重改變受熱面的熱負荷分布。燃煤量的增加會導(dǎo)致爐膛出口煙氣溫度升高，末級過熱器正好布置在爐膛出口附近，在升高后的爐膛溫度及偏少的過熱蒸汽流量的共同作用下，末級過熱器的吸熱比例會較設(shè)計值有較大提升。

3　解決方案

由于鍋爐實際燃用煤種和設(shè)計煤種有較大差異，從而導(dǎo)致了鍋爐實際運行中的燃煤量比設(shè)計的燃煤量大，煙氣產(chǎn)量大，導(dǎo)致爐膛內(nèi)輻射吸熱減少，使水冷壁和屏式過熱器吸熱減少；造成爐膛出口煙氣溫度升高，使布置在爐膛出口附近的末級再熱器吸熱量較設(shè)計值增加，使得尾部煙道對流受熱面吸熱量增加，從而使低溫過熱器和低溫再熱器出口汽溫較設(shè)計值升高，使得屏式過熱器和高溫再熱器內(nèi)部工質(zhì)溫度偏高，對屏過和高再的管壁冷卻效果不夠，造成管壁金屬超溫，因此只能降參數(shù)運行以保證機組運行的安全性。對此，可以適當(dāng)減少尾部煙道的低溫再熱器和低溫過熱器的受熱面積，以減少低溫過熱器和再熱器的吸熱量，降低屏過和高再的入口汽溫。同時增加省煤器的受熱面積，以彌補爐內(nèi)水冷壁因煤種差異造成的吸熱不足，在原來的基礎(chǔ)上增加蒸發(fā)產(chǎn)汽量，以達到避免管壁金屬超溫、降低減溫水量的目的。

4　改造受熱面方案

在原受熱面布置的基礎(chǔ)上，其他受熱面不變，將低再側(cè)省煤器縱向增加12排,并將增加部分的光管變?yōu)槟な綋Q熱器；將低溫過熱器受熱面總共去掉5圈（40排），并將低溫過熱器最下面一組變?yōu)槭∶浩?。即低再面積不變，低過換熱面積減少一半25086-8362-2787=13937m2，低過側(cè)省煤器增加8362m2，低再側(cè)省煤器增加2982m2。見圖1。

5　受熱面改造前后減溫水流量對比

600MW過熱器減溫水（T/H）　主汽溫度(℃)再熱器減溫水（T/H）再熱汽溫度　(℃)改造前　300-320　530-535　30-40　530-535改造后　200-230　535-540　0-10　535-540 450MW過熱器減溫水（T/H）　主汽溫度(℃)再熱器減溫水（T/H）再熱汽溫度　(℃)改造前　280-300　530-535　10-20　530-535改造后　210-230　535-540　0　532-540 300MW過熱器減溫水（T/H）　主汽溫度(℃)再熱器減溫水（T/H）再熱汽溫度　℃)改造前　150-180　530-535　0　530-535改造后　100-120　535-540　0　535-540

[1]《二期鍋爐改造可行性分析報告》[R].

[2]《二期鍋爐設(shè)備說明書》[S].

[3]陜西大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司《受熱面改造可行性項目書》[R].