630MW超临界机组锅炉低温省煤器的防磨探讨及实践

630MW 超临界机组锅炉 低温省煤器的防磨探讨及实践

臧义纯

国能太仓发电有限公司 215433

摘 要：随着燃煤电厂节能降耗工作的日益重视，低温省煤器改造方案因改造简单、节能效果明显等原因得到了广泛的应用。但在低温省煤器运行过程中，普遍出现承压管泄露导致低温省煤器降出力、停运甚至引起机组降出力情况，对火力发电机组的安全运行造成了严重的不利影响。基于此，本文将立足于某超临界机组锅炉低温省煤器的改造运行经验，针对低温省煤器防磨开展相关研究，实现低温省煤器的长周期安全运行，为相关专业技术人员进行低温省煤器加装和改造提供参考。

关键词：燃煤电厂；低温省煤器；防磨

0、前言

某电厂2×630MW超临界机组锅炉为上海锅炉厂有限公司引进西门子技术制造的国产超临界参数、螺旋管圈直流燃煤锅炉，锅炉型号为SG-1943/25.4-M950。该电厂在机组BRL工况下锅炉修正后的排烟温度为 136.8℃，高温烟气通过除尘、脱硫后直接对空排放。该电厂于2015年对两台机组进行低温省煤器改造，改造后将电除尘器入口烟温降低至93.5℃，满负荷工况可降低发电煤耗1.42g/kwh、提高电除尘器比集尘面积10%、降低引风机能耗。

1. 火力发电厂低温省煤器运行现状

国内燃煤电厂锅炉的排烟温度通常在120－150℃之间，相应的热损失相当于燃料热量的5%—12%，单台630MW机组年锅炉排烟损失总计折合15万吨标煤的发热量，损失巨大。近几年,随着碳排放限额和燃煤成本大幅增加，国内燃煤电厂积极开展了各项节能减排工作相关改造,增加低温省煤器降低锅炉排烟热损失是被广泛应用的节能措施。

在实际应用中，电除尘器广泛安装于电除尘器入口位置，以取得良好的余热回收效益和除尘环保效益。但低温省煤器改造投运3-4年后，普遍出现承压管泄露导致低温省煤器降出力、停运甚至引起机组降出力情况。经青岛达能、武汉龙净等公司提供的数据显示，80%的低温省煤器发生泄露的原因为磨损导致承压管壁减薄所致，承压管磨损过快主要由烟气流场不均匀、管材质量不合格、飞灰浓度大及烟气流速高等原因造成。根据该电厂低温省煤器实际节能数据计算，每发生一次低温省煤器管束一泄漏，年节能费用少降低约50万元，因此针对低温省煤器防磨开展相关研究十分重要^[1]。

2. 低温省煤器的防磨措施

（一）流场模拟及导流板设置

为保证低温省煤器及电除尘器入口烟气流场的均匀性，该电厂对预热器出口至引风机入口范围内根据几何相似和动力相似原则进行气流分布模拟建模实验，根据流场模拟结果，提出最合理的烟道及烟道内导流板布置方案，确保低温省煤器入口气流分布均匀性系数达到小于0.13，电除尘器各电场内气流分布均匀性系数< 0.21。

图1 低温省煤器入口速度云图图 图2 电除尘入口第一电场速度云图

最终方案为两烟道烟气量偏差%3以内，电除尘入口第一电场气流均布系数计算结果为σr=0.156178，符合要求。确定低温省煤器入口烟道导流板如图3。

图3 烟道导流板设计图

（二）烟气流速选择

烟气流速的选择主要考虑受热面的磨损和积灰、烟气侧阻力和烟气侧换热系数三个方面。因受热面磨损与烟速的3.3 次方成正比，而烟侧阻力与烟速的平方成正比。烟气流速直接影响低温省煤器模块的换热系数，间接影响换热面积及设备投资成本。流速增加，换热效果提高，但会增加引风机电耗，加速管束的磨损；流速降低，需要加大低温省煤器尺寸，可能导致管束积灰严重，造成模块堵塞，影响锅炉安全运行^[2]。目前低温省煤器推荐流速为9-11m/s，该电厂通过综合考虑设备投资、烟气侧压降、使用寿命及烟气流自清灰效果等方面内容，选择设计锅炉BMCR工况下低温省煤器烟气侧压降≤600Pa、水侧整体压降≤ 0.3 MPa、烟气流速为10.5m/s。

（三）管束结构设计

考虑到H型翅片管耐磨损、不易积灰、阻力小、清灰性好、寿命长，技术成熟，应用范围广泛，该电厂低温省煤器采用H翅片管结构。翅片节距设计值为20mm，设计上避免出现烟气走廊、烟气偏流及烟气涡流。

低温省煤器迎风侧加装2排假管，假管尺寸与管束承压管尺寸相当，吹灰器附近管子加装不锈钢防磨护瓦；该电厂单台设备每级前三排换热管壁厚度≥6mm，其余换热管壁厚≥ 4 mm，肋片的厚度为≥ 2 mm，所有壁厚采用正公差。

（四）其他质量控制

烟道内管子整体无对接焊缝，蛇形管弯头、集箱和焊口全部置于烟道外与烟气流动区隔离。

低温省煤器H型肋片管采用自动碰焊生产流水线工艺，肋片与管子焊接牢固，结合面积应在95%以上。

低温省煤器管子原材料100％涡流探伤和100%超声波探伤，去掉盲区管段，并出具报告；出厂对接焊缝进行100％射线探伤，集箱管座角焊缝进行100％磁粉探伤，合金钢管做100％光谱检测。

单管管件及蛇形管组件，在出厂前全部进行通球实验和水压试验检测合格。

为避免发生导流板磨穿或脱落，影响低温省煤器或电除尘器的安全运行，低温省煤器进出口设置的烟气导向、均布装置需采用16Mn等耐磨材质，导流板端面及根部烟道要进行加固防止脱落^[3]。

（五）泄露报警装置及隔离措施

每台低温省煤器烟气出口侧设置湿度检测仪，根据湿度变化情况判断管束是否发生泄漏，确保电除尘器及机组运行安全。考虑到湿度检测仪滤网容易堵塞情况，该电厂还在低温省煤器出口增设了一套电极式检漏装置，使用效果良好。

为应对一旦发生单支承压管泄露导致整个通道低温省煤器退出情况，该厂低温省煤器系统共设置4个独立模块，每个模块的冷端和热端分设4列独立的回路，每列回路进、出口小集箱均设置一个手动隔离门，当设备发生故障时可按回路进行隔绝并易于更换^[4]。

结束语：

该电厂实施相关改造6年以来，低温省煤器系统运行可靠，未发生过管束泄露或明显磨损减薄情况。证明上述的措施是切实可行的，能够有效避免管束因磨损减薄而发生泄露情况，能够保障低温省煤器的长期安全稳定运行，对相关燃煤电厂进行低温省煤器加装和改造具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 燕小芬. 浅谈火力发电厂低温省煤器设置的应用[J]. 科学与信息化,2019(34):81,84.

[2] 张凯. 某火力发电厂低温省煤器改造经验的借鉴意义[J]. 广西节能,2020(1):34-35.

[3] 刘伟光. 低低温省煤器技术在300MW机组的应用[J]. 化工设计通讯,2018,44(10):159-160,204.

[4] 尹华成. 低温省煤器与暖风器联合系统参数优化[J]. 百科论坛电子杂志,2020(12):1315-1316.