陳永紅，趙曉強(qiáng)，徐強(qiáng)

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

某石化公司熱電廠3#鍋爐于2003年投產(chǎn)，鍋爐是130t/h，450℃、3.8MPa中壓蒸汽；給水溫度104℃；四角切圓燃燒、煤粉鍋爐；鍋爐省煤器與空預(yù)器各兩級呈上下交替布置。隨著使用年限的增長逐漸出現(xiàn)煙溫后移、排煙溫度高、熱風(fēng)溫度偏高、鰭片式省煤器搭橋積灰、熱效率下降等問題。其排煙溫度由設(shè)計(jì)的160℃上升到180℃，熱風(fēng)溫度高達(dá)420℃，按照中壓鍋爐排煙溫度每升高15℃，熱效率降低1個(gè)百分點(diǎn)估算鍋爐熱效率下降約1個(gè)百分點(diǎn)。3#爐鰭片式省煤器受制于結(jié)構(gòu)影響使得管束之間非常容易搭橋積灰，進(jìn)而影響其吸熱能力；此外，鰭片式省煤器在積灰后容易造成管束與鰭片之間由于受熱不均而出現(xiàn)脫焊造成省煤器管束泄漏問題。因此，3#爐上級省煤器問題已經(jīng)是確保該鍋爐安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵問題之一。

1 螺旋鰭片式省煤器

為有效解決鍋爐原省煤器運(yùn)行中存在的問題，通過比較不同燃煤電廠鍋爐使用的光管省煤器、鰭片省煤器、螺旋鰭片式省煤器的使用情況得出螺旋鰭片管式省煤器能增強(qiáng)煙氣擾動(dòng)、減少積灰、大幅擴(kuò)展換熱面積，進(jìn)而增加省煤器的傳熱面積、增強(qiáng)傳熱效果、提高熱效率，有效增強(qiáng)管束與鰭片之間的傳熱均勻性，降低管束與鰭片之間熱應(yīng)力不均造成的管束脫焊風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 螺旋鰭片式省煤器簡述

由傳熱學(xué)基理可知：在以低密度流體(如空氣、煙氣、蒸汽等)作為工質(zhì)的熱交換器中，低密度工質(zhì)側(cè)傳熱熱阻較大，因此，要想達(dá)到理想的換熱效果必須減小熱阻。然而對于鍋爐受熱面而言，其低密度流體均為煙氣，根據(jù)傳熱理論在增加煙氣流速的情況下不僅增大了換熱器（省煤器、過熱器等）受熱面阻力、提高動(dòng)力源（風(fēng)機(jī)）的能耗，而且會(huì)對受熱面（鍋爐汽水系統(tǒng)管束表面）有嚴(yán)重的磨損。因此，對于鍋爐受熱面就需要增加換熱器的傳熱面積來實(shí)現(xiàn)最大限度的換熱能力。螺旋鰭片管省煤器作為高傳熱面積的鍋爐受熱面得以不斷應(yīng)用鍋爐運(yùn)行實(shí)踐。

1.2 螺旋鰭片式省煤器結(jié)構(gòu)

螺旋鰭片式省煤器結(jié)構(gòu)是在光管省煤器上纏擾上螺旋片材料，即由基管和螺旋鰭片組成（圖1）。其制造工藝主要有：（1）將加工好的鰭片通過擠壓的方式套裝在基管上,這種方法通常易使鰭片和基管間存在較大的接觸熱阻。（2）把鰭片材料繞在基管上,并將鰭片和基管焊接為一體，使其接觸熱阻相對較小。

圖1 螺旋鰭片式省煤器結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 螺旋鰭片式省煤器特點(diǎn)

根據(jù)螺旋鰭片式省煤器的應(yīng)用實(shí)踐得出其特點(diǎn)：（1）換熱面積增加。根據(jù)圖1可知，螺旋鰭片管省煤器的對流傳熱面由螺旋狀的擴(kuò)展表面和光管束表面構(gòu)成，相同的外形尺寸下,螺旋鰭片省煤器比光管省煤器的換熱面積增加幾倍甚至幾十倍，煙氣側(cè)省煤器表面的換熱能力得到大幅度提高。（2）抗磨損能力提高。對于相同吸熱能力下，螺旋鰭片管省煤器管束的管排減少、管束間距大幅提高、煙氣流通截面增加、煙氣阻力和煙氣流速，同時(shí)螺旋鰭片使煙氣流經(jīng)受熱面時(shí)流場和流速發(fā)生變化，管束表面產(chǎn)生大量渦流擾動(dòng)降低灰分與管束的接觸，進(jìn)而減少灰塵對管排的磨損，延長了管排的使用壽命。（3）結(jié)構(gòu)緊湊。螺旋鰭片管束增加了單位體積內(nèi)換熱面積，在換熱量相同的情況下，可減小換熱器的體積。（4）強(qiáng)化傳熱。螺旋鰭片管通過其外部曲線結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)鰭片間氣流擾動(dòng)，造成流動(dòng)邊界層分離并周期發(fā)展，減薄鰭片上的流動(dòng)邊界層和熱邊界層，并縮短層流邊界層長度，有助于破壞邊界層的層流底層，從而起到強(qiáng)化傳熱的作用。（5）抗堵灰能力強(qiáng)。由于煙氣流過鰭片管時(shí)形成附面層產(chǎn)生漩渦，增加煙氣與省煤器表面之間的擾動(dòng)，飛灰顆粒撞擊到管壁的機(jī)會(huì)很少，因此降低了煙氣流速，減輕了磨損，不易積灰堵灰，最大限度的提高在用鍋爐省煤器受熱面工作穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮飛灰的特性，選擇適當(dāng)?shù)臍饬魉俣?、鰭片管結(jié)構(gòu)(基管外徑d、鰭片高度h、鰭片螺距s及鰭片厚度δ)、管束布置型式(錯(cuò)列或順列)以及管間節(jié)距（橫向節(jié)距s1和縱向節(jié)距s2)，方可達(dá)到最佳效果。（6）管外流體流動(dòng)阻力減小。在鰭片方向與沖刷鰭片的氣流方向相平行的情況下，雖然錯(cuò)列鰭片管束每排的通風(fēng)阻力約為光管的1.2倍，但在外形尺寸相同的情況下，鰭片管束較光管管束每排的換熱面積的增加則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.2倍，因此，管束排數(shù)減少，使得換熱器總阻力下降；此外，換熱能力不受影響的情況下，由于傳熱能力的大幅度提高可適當(dāng)降低管外流體速度，換熱器阻力減小,動(dòng)力源能耗降低。（7）減少脫焊。由于螺旋鰭片與管束呈環(huán)狀纏擾焊接，使得管束與鰭片建的焊接應(yīng)力以及運(yùn)行期間的熱應(yīng)力最大限度的相互抵消，很好的避免鰭片與管束間的脫焊、泄漏問題。

2 螺旋鰭片式省煤器在鍋爐上級省煤器上的應(yīng)用

為有效配合脫硝SCR反應(yīng)區(qū)溫度達(dá)標(biāo)，降低鍋爐熱風(fēng)溫度，提高鍋爐主汽溫度，降低鍋爐排煙溫度，解決上級省煤器搭橋積灰、吸熱不足等一些列問題，該熱電廠將3#爐上級省煤器前兩排更換成螺旋鰭片式省煤器并與后兩排原鰭片式連接起來組成混合式省煤器，其改造示意圖和實(shí)物圖如圖2及圖3所示。

圖2 省煤器改造示意圖（側(cè)面）

圖3 省煤器改造實(shí)物圖（端面）

該爐上級省煤器改造后效解決了鰭片與管束間產(chǎn)生脫焊問題。省煤器安裝后提高主汽溫度，保障SCR催化劑不超溫?zé)Y(jié)失活，降低鍋爐排煙溫度；避免鰭片與管束出現(xiàn)焊口脫焊問題；保障鍋爐能夠高效、安全、平穩(wěn)運(yùn)行。圖4及圖5是螺旋鰭片省煤器運(yùn)行一個(gè)周期及原鰭片省煤器運(yùn)行一個(gè)周期后管束表面的積灰情況實(shí)物圖片。

圖4 3#爐上級省煤器運(yùn)行一周期后圖片

圖5 3#爐上級省煤器改造前的積灰、搭橋圖片

通過圖4及圖5比較發(fā)現(xiàn)：螺旋鰭片式省煤器運(yùn)行一周期后（連續(xù)運(yùn)行1年）檢查發(fā)現(xiàn)：原鰭片省煤器管排之間幾乎全部搭橋積灰，管束已經(jīng)徹底被煤灰包裹；而采用螺旋鰭片式省煤器后管束表面輪廓清晰、省煤器無搭橋、嚴(yán)重積灰等問題，鰭片及管束之間僅有浮灰存在，只需壓縮空氣吹掃即可清除，徹底消除了省煤器搭橋積灰問題；此外，省煤器運(yùn)行一個(gè)周期后未出現(xiàn)原鰭片省煤器出現(xiàn)的投運(yùn)即脫焊泄漏問題。

另外，根據(jù)傳熱理論“對于同一受熱物體，外表溫度越高其外表換熱能力越強(qiáng)，物體的吸熱量越大”的描述，對于省煤器可以解釋為“在經(jīng)過省煤器入口的溫度越高，其省煤器的吸熱能力越強(qiáng)，對應(yīng)的省煤器入口與出口的煙氣溫差越大，反之吸熱能力減弱，煙氣溫差變小”。而通過日常運(yùn)行報(bào)表截圖中圖6及圖7對比發(fā)現(xiàn)：3#爐爐膛出口煙溫較改造前低約100℃，按照傳熱理論：如果省煤器不改造，在省煤器口煙氣溫度降低的情況下省煤器進(jìn)出口煙溫差較改造前應(yīng)偏小，但實(shí)際通過報(bào)表比較發(fā)現(xiàn)改造后的省煤器進(jìn)出口煙溫差較改造前還要高10℃左右，這充分說明省煤器改造后的吸熱能力得到了大幅提升，再次證明螺旋鰭片式省煤器的吸熱效果顯著（圖6及圖7中鍋爐負(fù)荷均在100±4t/h）。

此外，從圖6及圖7可知鍋爐排煙溫度明顯下降，鍋爐熱效率得到一定提升，當(dāng)然排煙溫度降低與空預(yù)器更換以及爐膛溫度降低都有一定關(guān)系，不能全部歸功于省煤器改造，故不多述。

圖6 改造前3#爐煙溫參數(shù)報(bào)表截圖

圖7 改造后3#爐煙溫參數(shù)報(bào)表截圖

3 結(jié)語

鍋爐上級省煤器前兩排改造成螺旋鰭片式后省煤器整體呈現(xiàn)螺旋鰭片和垂直鰭片混合式省煤器。該省煤器自2014年8月投運(yùn)至今，省煤器及鍋爐各運(yùn)行參數(shù)均達(dá)到預(yù)期，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。原省煤器搭橋積灰、鰭片與管束脫焊、吸熱不足等問題均得到解決。實(shí)踐應(yīng)用說明螺旋鰭片管束以其結(jié)構(gòu)、傳熱與流動(dòng)的優(yōu)越性能，其在鍋爐對流受熱面中將得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1]辛國華,胡蔭平,陳曉珊.螺旋肋片管省煤器在670t/h鍋爐中的應(yīng)用[J].熱力發(fā)電,1995,(1):53-56.

[2]劉聿拯,袁益超,曹建光等.螺旋鰭片管束在鍋爐省煤器中的應(yīng)用分析[J].熱力發(fā)電，2003,(10):44-46 .

[3]李祥.CFB鍋爐應(yīng)用螺旋鰭片管省煤器技術(shù)改造[J].煤炭與化工,2014,37(1):136-137.

[4]劉黔晟.鍋爐應(yīng)用鰭片管省煤器技術(shù)改造的實(shí)踐韋正業(yè)[J].廣西輕業(yè),2003,(6):15-17.