电站锅炉省煤器优化改造

电站锅炉省煤器优化改造

李志伟

苏晋保德煤电有限公司 山西 忻州 036604

摘要：上海电气锅炉厂设计的超超临界Π型锅炉，省煤器管束采用“H”型鳍片无缝钢管形式。鳍片式省煤器传热系数高、结构紧凑、节省钢材，但不便于检查检修，高灰份煤种运行中生成的烟气对其造成“梳状”冲刷尤为严重，运行中容易造成省煤器频繁泄漏；光管式省煤器结构较为简单，便于布置防磨设施，便于检查检修，高灰份煤种运行中生成的烟气对其冲刷可控。由“H”型鳍片式省煤器改为光管式省煤器后，省煤器换热效率有所下降，省煤器出口烟气温度下降较为明显，但排烟温度上升幅度不大，对锅炉效率影响很小，最终导致供电煤耗上升在可控范围。高灰分煤种更适合采用光管式省煤器。

关键词：“H”型鳍片式省煤器、光管式省煤器、省煤器泄漏、锅炉效率

0 引言

国家"十一五"规划与中央经济工作会议确定火电厂进行节能减排。我国燃煤机组中，单机容量10万千瓦以下的小机组达1.15亿千瓦，每年消耗原煤量4亿多吨，排放二氧化硫达540万吨。相对大机组而言，小机组单位耗煤量与单位排污量都较大，因此，大机组替代小机组势在必行。随着大机组的建设，省煤器的设计逐渐更新换代。“H”型鳍片式省煤器因为有传热系数高、结构紧凑、节省钢材等优点，被广泛设计与利用。大机组运行中，“四管泄漏”是造成机组“非计划停运”最重要的因素之一，省煤器泄漏更是频繁发生。防止“四管泄漏”，控非停是传统发电企业永恒的话题。

1 设备简介

苏晋保德煤电有限公司#1、#2机组为660MW超超临界燃煤空冷发电机组，锅炉为上海锅炉厂生产的SG2102/29.3-M6013型超超临界锅炉；汽轮机为上海汽轮机厂引进西门子技术生产的ZKN660-28/600/620直接空冷汽轮机；发电机为上海电机厂生产的QFSN-660-2型水-氢-氢冷却式发电机。其中锅炉为超超临界直流、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、紧身封闭的型结构四角切圆燃烧煤粉锅炉。锅炉送风机、给水泵、一次风机、空预器均采用单列布置。锅炉采用中速磨直吹式制粉系统，每台炉配6台中速磨，24只低NOx燃烧器分六层布置在炉膛四角。供风系统采用大风箱布置，在燃烧器上设置燃尽风喷口，在全炉膛实现分级燃烧。

锅炉尾部设置分烟道，采用烟气调温挡板调节再热器出口汽温。锅炉省煤器采用分级布置，一级省煤器布置于脱硝出口与空预器之间烟道内，二级省煤器布置于尾部垂直分烟道低温过热器下部。省煤器管束采用“H”型鳍片无缝钢管形式，一级省煤器管规格为Φ44.5×7.5mm,材料为SA-210C,共192片，每片受热面由3根并联蛇形套管组成，总计有576根管子。横向节距为120mm，纵向节距为l00mm。二级省煤器管规格为Φ44.5×7.5mm，材料为SA-210C,共164片，每片受热面由4根并联蛇形套管组成，总计有656根管子。横向节距为120mm，纵向节距为100mm。接至后竖井内两个中间集箱，再由两个省煤器中间集箱各引出70根悬吊管悬吊管承载，省煤器悬吊管规格为Φ70×12mm，共140根，材料为SA-210C。侧包墙管规格为Φ63.5×9.5mm，共272根，节距113mm，材料为15CrMoG，省煤器管束与四周墙壁间装设防止烟气偏流的阻流板；管束上设置有梳齿形防磨装置。

2  机组投产及运行情况

#1机、#2机分别于2020年12月、2021年01月完成168h试运转商运行。两台机投产首年即2021年运行平稳，全年完成发电量73.58亿千瓦时，机组负荷率完成73.99%，运行小时数7275.78h，在全省范围内属先进水平。但从2022年6月份开始，两台机组先后出现了因二级省煤器泄漏导致机组非计划停运的现象，至2022年12月止，两台机组各出现2次因二级省煤器泄漏机组被迫停运的事件。由于机组非停频繁加之间隔时间短，给企业的安全生产造成非常不利的被动局面，2022年下半年两台机组非停4次总计影响机组可用小时792小时，造成电力现货及双细则损失共计约1.069亿元。解决因省煤器泄漏而导致机组非停的问题，成为企业安全生产摆脱困境的主要任务之一。

3 二级省煤器泄漏的原因分析

  锅炉停运后对二级省煤器泄漏部位检查并组织分析，二级省煤器泄漏的原因主要有以下几个方面：

1）、锅炉燃烧煤种为低热值烟煤，灰份含量高，同等负荷下烟气中携带灰量大、烟气流速高，锅炉运行中持续冲刷省煤器防磨片，使防磨片减薄失效继而冲刷省煤器管，省煤器管壁减薄强度下降最终爆裂泄漏，首爆管泄漏吹损相邻省煤器管引起联动反应，使周边省煤器管不同程度泄漏；锅炉设计煤种见下表：

2）、由于省煤器上部左右侧包墙布置有阻流板，运行中当烟气流动至阻流板上部时，会引起该区域局部烟气流场发生变化，烟气沿阻流板斜向加速冲刷省煤器第二列第2排管段防磨片及管子，当防磨片及管子厚度减薄到一定程度会爆裂并冲刷相邻管子引起局部区域省煤器管泄漏，二级省煤器在烟道内的布置见图1：

图1 二级省煤器布置图

3）、 由于“H”型鳍片省煤器管的结构特点，其覆盖在管子上的梳齿形防磨片与鳍片间不可避免的存在缝隙，运行中烟气会在这些缝隙中形成扰动，加速防磨片的被吹损及减薄；

4）、“H”型鳍片省煤器在烟道内布置紧凑，管排之间几乎无检查空间，导致停炉检查时只有采取逐排割除检查的方法，工作量大且无法做到无死角检查，使已经吹损减薄的管子不能被及时检查到，给机组长周期运行埋下了设备隐患；

5）、由于煤质及省煤器管的结构问题不能在短时间内完全解决，省煤器管发生泄漏后，只能采取更换泄漏及壁厚超标的管子为光管结构，光管上部加装全覆盖防磨，光管下部的第一组肋片管加装梳齿形防磨罩，在省煤器中间区域原阻流板下方增加新阻流板等临时方案。上述方案虽有一定作用，但不能从根本上解决省煤器频繁泄漏的问题。

4  省煤器优化改造方案

为了彻底解决电厂二级省煤器频繁泄漏的问题，上海锅炉厂与保德煤电公司技术人员经过多次技术探讨，决定对锅炉二级省煤器进行技术优化改造，将二级省煤器由原来的“H”型鳍片结构改造为光管式结构。鳍片式省煤器传热系数高、结构紧凑、节省钢材，但不便于检查检修，不适于高灰份的煤种；而光管式省煤器结构较为简单，便于布置防磨设施，便于检查检修，对高灰份煤种较为适用。省煤器经过优化改造后，原有的片数、节距、管材及管径基本未改变，中间集箱提高一定高度，新安装的光管式省煤器重量较前有所增加，相应的支吊方案有所变化，保留部分原有的支吊结构，另外新换部分支吊结构，可保证满足改造省煤器的承重及悬吊强度安全要求。经过计算，二级省煤器优化改造后，省煤器吸热量有所变化相关性能数据见表1：

表1：省煤器改造前后参数对比

从上表可知：二级省煤器改造后工质温度变化较小，仅为1-2℃，省煤器出口烟温有一定幅度的提升，脱硝入口烟温小幅提升，排烟温度略有增加，效率有所下降，但在BRL工况下效率依然高于保证值。另外本次省煤器优化改造的主要目的是有效降低省煤器管的磨损，避免由于省煤器频繁泄漏造成非停次数增加，以及发生泄漏后能够顺利地进行检查及检修，在较短时间内恢复机组运行，较少量的运行经济损失可以接受。

5 优化改造施工组织

由于省煤器优化改造施工位置在标高46-56.5米处，周围无现成的起吊平台及吊具，加之施工空间狭窄，管道保温钢结构等影响施工的因素较多，给改造施工造成了诸多困难。面对困难，电厂协调施工单位因地制宜，研究制定了切实可行的施工方案，开工前布置了严密的安全组织及技术措施。具体施工组织为：首先拆除省煤器左侧作业区域的锅炉紧身封闭板（标高50.85—62.2米），作为炉房内外新旧管排进出口；拆除省煤器左右侧吹灰器4台、人孔门2个及影响吊装的刚性梁4根；拆除低过左侧入口集箱悬吊管及包墙过管排66根及墙过与低过入口连接管，作为炉内管排的进出通道；然后在省煤器左侧标高50.9米处搭设脚手架大平台，并在锅炉标高58.2米K5与K6柱中心点为基准装设15.5米长工字钢轨道梁一根，作为锅炉房内外吊装新旧管排的过渡点，轨道梁一端向右靠近左侧包墙过热器管排，另一端向炉外超出紧身封闭保温板2米，工字钢轨道上加装1台10吨电葫芦，用于新旧管排吊装；在低过管排下方、省煤器前后出口集箱上方各装设一根长度为23米的工字钢，各装配1台5吨电葫芦，用于炉内外新旧管排的吊装；对省煤器前后出口集箱各用6台手拉葫芦吊挂，对集箱上部140根悬吊管划线；上述准备工作就绪后，开始进行旧管排的拆除（82组×6500KG），顺序为炉内2台5吨电动葫芦-临时起吊平台-10吨电动葫芦—220吨履带吊-地面-50吨汽车吊-指定位置；旧管排拆除吊出后，切割已划线的140根省煤器悬吊管，中间集箱移位固定，为新管排就位创造条件；新管排地面组装结束后，从地面经紧身封闭进锅炉房大平台，最后进炉内集箱上下部就位，顺序与旧管排吊出相反，新管排共328片，管子规格为Φ42×7mm，材质为SA-210C；新管排就位后进行对口、焊接、检验，焊口共计1968道。新管排焊接结束，最后进行收尾工作，包括拆除临时起吊平台机具、恢复吹灰器、人孔门、包墙以及低过连接管道、锅炉紧身封闭等。由于施工前进行了多次研究讨论，施工方案合理、组织严密，在28天内完成了省煤器优化改造全部施工。

6 省煤器优化改造前后运行分析及总体评价

省煤器优化改造前后数据分析见表2

表2：省煤器改造前后参数对比

2023年04月01日#2锅炉C修完成了对省煤器的改造，并于2023年04月04日12：30并网成功。调取#2锅炉改造前后的数据，通过对比分析，省煤器由鳍片式改为光管式后，省煤器进口烟温相差不大，但出口烟温在高负荷阶段上升26.4℃，在低负荷阶段上升1.78℃，对应排烟温度在高负荷阶段上升1.47℃，低负荷阶段上升7.9℃，对应锅炉效率高负荷段下降0.41%，低负荷段下降0.12%，对应供电煤耗分别高负荷上升0.26g/kWh，低负荷上升1.5g/kWh。

7 结论

通过保德煤电#2锅炉省煤器改造前后运行情况发现，上海电气锅炉厂超超临界Π型炉在入炉煤灰分含量达到40%左右时，烟气中携带灰量大、烟气流速高，锅炉运行中持续冲刷省煤器防磨片，使防磨片减薄失效继而冲刷省煤器管，省煤器管壁减薄强度下降最终爆裂泄漏。“H”型鳍片省煤器虽然换热效率高，但是由于结果紧凑，不便于检修，且烟气飞灰对其形成“梳状”磨损严重，“H”型鳍片省煤器不适合高灰分煤种。光管式省煤器结构较为简单，便于布置防磨设施与检修。“H”型鳍片省煤器改造为光管式省煤器后锅炉效率下降、供电煤耗上升幅度均不大，在保证值范围内。

8 参考文献

【1 】李军，李志伟，常小干，660MW超超临界机组给水提温改造满足脱硝运行分析[J].机电信息，2022年第16期总第688期：67-69.