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    霍煤鴻駿鋁電有限責(zé)任公司自備電廠4號鍋爐自投產(chǎn)以來，鍋爐高溫段省煤器各部件存在著不同程度的磨損，在改造前的1年內(nèi)曾發(fā)生多達(dá)5次磨損泄漏，嚴(yán)重影響到電廠的經(jīng)濟效益，甚至威脅到鋁廠的正常供電。泄漏部位主要是高溫段省煤器靠近兩側(cè)墻的外部彎頭、穿墻管等。磨損的主要原因是煙氣流速偏高，在局部形成煙氣走廊，導(dǎo)致煙氣分布不均，局部磨損嚴(yán)重。為解決上述問題，電廠委托東北電力科學(xué)研究院有限公司對4號鍋爐高溫段省煤器進行改造設(shè)計。
1、設(shè)備概況
    鍋爐為WGZ - 410/9.8- 13型高壓、自然循環(huán)、單鍋筒、固態(tài)排渣、Ⅱ型布置、膜式水冷壁結(jié)構(gòu)的410 t/h燃煤鍋爐，其爐膛橫斷面尺寸為9 840 mm xl0 320 mm。采用6臺風(fēng)扇磨直吹式制粉系統(tǒng)，其中l(wèi)臺風(fēng)扇磨和1組直流式燃燒器相連，燃燒器為六角布置。在水平煙道內(nèi)布置有屏式過熱器、高溫過熱器和低溫過熱器，鍋爐尾部豎井煙道中交叉布置省煤器和管式空氣預(yù)熱器。過熱器采用二級噴水減溫器，一級減溫器布置在屏式過熱器入口，二級減溫器布置在高溫過熱器冷段和熱段之間。鍋爐采用固態(tài)排渣，爐膛底部冷灰斗配2臺螺旋式撈渣機及2臺碎渣機，水力除渣。鍋爐主要設(shè)計參數(shù)見表1，鍋爐設(shè)計燃料特性見表2。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    省煤器設(shè)計采用光管式，且分上下兩級布置在尾部對流豎井煙道內(nèi)。低溫段省煤器在2010年初改造成鰭片管式，運行穩(wěn)定。高溫段省煤器沿鍋爐寬度方向分左右兩組對稱布置，4個進出口聯(lián)箱布置在爐外并通過支架支撐，煙道凈寬10080 mm、深5940 mm。下排蛇形管距高溫段空氣預(yù)熱器5740 mm，其蛇形管排本身高度為1860 mm。高溫段省煤器蛇形管束通過4根鋼梁支撐，每組蛇形管束有2根鋼梁支撐。省煤器蛇形管采用∮32×4mm的管子，雙管圈平行于前墻水平錯列布置，橫向56排，節(jié)距為106.5mm；縱向32排，節(jié)距為60mm。受熱面積為1762 m2，煙氣流通截面積為42.1m2，設(shè)計煙氣平均流速為8.5 m/s。
2、省煤器改造方案
2.1  改造設(shè)計原則
    此次改造設(shè)計的基本原則是：在不降低高溫段省煤器吸熱量、不影響高溫段省煤器及鍋爐正常運行的前提下，降低煙氣流速。
    將高溫段光管式省煤器改造成鰭片管式省煤器，并降低煙氣流速，減少磨損。保持給水管道和高溫段省煤器進出口聯(lián)箱標(biāo)高、管徑及壁厚不變，調(diào)整省煤器的管排數(shù)量（橫向節(jié)距）、管子長度和縱向節(jié)距，改變傳熱系數(shù)和傳熱面積。
2.2  鰭片管式省煤器特點
    a．  煙氣流經(jīng)鰭片管省煤器第一、二排管的鰭片后分成多層流束，可防止灰粒向后墻處移動，降低后墻處的灰濃度，還可使氣流流動更有秩序，從而減少灰粒撞擊管壁的機會，減輕受熱面的磨損。
    b．  鰭片使受熱面擴展，在不增加空間位置和保證省煤器吸熱量不變的情況下，能有效地降低煙氣流速，減輕受熱面的磨損。
    c．  將煙道分割成一個個完全獨立的曲徑小煙道。在曲徑小煙道中流動的煙氣，由于受到壁面摩擦力的影響，靠近鰭片和管子處的氣流速度降低，遠(yuǎn)離鰭片和管子處的氣流速度升高。這種中間高兩邊低的速度分布減弱了煙氣流對省煤器的磨損。
2.3  熱力計算中主要參數(shù)的確定
    進行受熱面的改造設(shè)計，必須進行鍋爐的整體熱力計算，從而了解高溫段省煤器的變化對整體換熱的影響，為設(shè)計提供依據(jù)。對高溫段省煤器的改造，為了進行整體熱力計算，必須首先確定一些主要的熱力參數(shù)，這樣才能準(zhǔn)確、切合實際地進行計算。
    a．管徑和材質(zhì)
    根據(jù)國內(nèi)各電廠的運行情況和生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)情況，確定鰭片管式省煤器的管子尺寸為∮32×4mm，材料采用20G鋼，鰭片材料為A3鋼。
    b．污染系數(shù)
    根據(jù)《鍋爐機組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法》（1973年版）的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合國內(nèi)各電廠的相關(guān)試驗數(shù)據(jù)并參考相關(guān)資料，確定高溫段鰭片管式省煤器額定負(fù)荷下的污染系數(shù)為0.009 5(m2.K)/W。
    c．煙氣流速
    確定煙氣流速需要兼顧磨損、積灰及省煤器介質(zhì)側(cè)阻力問題，煙氣流速既不能太高也不能太低。太高會加劇磨損，太低會加劇積灰，而且介質(zhì)側(cè)阻力也會明顯增加。通過國內(nèi)各電廠的改造運行經(jīng)驗，確定改造后高溫段鰭片管式省煤器在燃燒試驗煤種時煙氣平均流速在8 m/s左右。
2.4省煤器布置方式的確定
    省煤器布置方式的主要參數(shù)有橫向節(jié)距、縱向節(jié)距、橫向管排數(shù)和縱向管排數(shù)。當(dāng)以上參數(shù)確定后，高溫段鰭片管式省煤器的受熱面積、煙氣流通截面積、介質(zhì)流通截面積和蛇形管排總高度等參數(shù)就已確定。
    兼顧煙氣流速、介質(zhì)流速和換熱量等影響因素，并考慮盡量減少改造的工程量、維持給水管道和進出口聯(lián)箱位置不變，最終確定高溫段鰭片管式省煤器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
3、熱力計算
    熱力計算數(shù)據(jù)來源于原熱力計算書和熱力試驗數(shù)據(jù)，以《鍋爐機組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法》（1973年版）為標(biāo)準(zhǔn)進行計算，高溫段省煤器主要熱力計算結(jié)果見表3。
    改造后的鰭片管式省煤器，蛇形管管徑和壁厚不變，管子數(shù)量由原來的444根減至348根，橫向節(jié)距由原來的106.5 mm增至136 mm。在燃燒試驗煤種情況下，額定負(fù)荷時，煙氣平均流速由8.8m/s降至8.05 m/s，人口煙氣流速由9.6m/s降至8.8 m/s，出口煙氣流速由8m/s降至7.3 m/s；70MW負(fù)荷時，煙氣平均流速由6.2 m/s降至5.6m/s，入口煙氣流速由6.7 m/s降至6.2 m/s，出口煙氣流速由5.7 m/s降至5m/s。磨損量與煙氣流速的三次方成正比關(guān)系，煙氣平均流速的下降將使省煤器的磨損明顯減輕。縱向節(jié)距由原來的60mm調(diào)整為45 mm，鰭片高度為28 mm，改造前換熱面積為1762 m2，改造后換熱面積為2 787.2m2，其中鰭片面積為1 468.4 m2，總換熱面積增加1 025.2 m2。額定負(fù)荷下的傳熱系數(shù)由原來的70.2W/(m2．K)降至47.12 W/(m2-K)，高溫段省煤器換熱量增加，排煙溫度下降0.6℃，鍋爐效率提高0. 04個百分點。改造后熱風(fēng)溫度降低3℃。
4、其它相關(guān)計算
    進行鰭片管式省煤器的改造，使煙氣側(cè)和介質(zhì)側(cè)阻力由于受熱面形式的變化都發(fā)生了改變，且省煤器進出口聯(lián)箱的孔節(jié)距、省煤器的總重也發(fā)生了變化，所以需要進行省煤器煙氣側(cè)、介質(zhì)側(cè)阻力計算，以及進出口聯(lián)箱、蛇形管和支撐鋼梁的強度校核。
4.1煙氣側(cè)阻力
    依據(jù)《鍋爐設(shè)備空氣動力計算標(biāo)準(zhǔn)方法》進行煙氣側(cè)阻力計算，改造后煙氣側(cè)阻力為128 Pa，比改造前的187.6 Pa減小59.6 Pa，可見改造后能夠減小引風(fēng)機的電耗。
4.2介質(zhì)側(cè)阻力
    介質(zhì)側(cè)阻力的計算是根據(jù)《電站鍋爐水動力計算方法》JB/2201-83，改造后介質(zhì)側(cè)阻力為0. 039 MPa，比改造前的0.033 MPa高0.006 MPa，而給水泵設(shè)計壓頭的裕度完全可以克服改造后介質(zhì)側(cè)增加的阻力。
4.3強度校核
    由該鍋爐的原強度計算說明書得知，高溫段省煤器集箱材料為20G，規(guī)格為∮219×20 mm，最小壁厚為17. 38  mm；省煤器蛇形管材料為20G，規(guī)格為∮32 x4 mm，最小壁厚為2.66 mm。改造后聯(lián)箱和蛇形管材料也為20G．規(guī)格分別為∮219×20 mm和∮32 x4 mm。最小壁厚與工作壓力、溫度及開孔大小和孔間距等因素有關(guān)，因改造后的工作壓力、溫度和開孔大小沒有變化，孔間距變大，可見改造后集箱和蛇形管的強度沒有問題。
    高溫段省煤器進出口聯(lián)箱和蛇形管圈支撐方式不變，原支撐鋼梁為熱軋普通槽鋼，型號為40a；改造后高溫段省煤器總重增加12.5t，支撐鋼梁應(yīng)選熱軋普通槽鋼(GB707-65)，型號為40c。
5、改造成本及經(jīng)濟效益核算
5.1改造成本核算
    霍煤鴻俊鋁電有限責(zé)任公司4號鍋爐高溫段省煤器改造方案的鋼材成本核算見表4。
5.2經(jīng)濟效益核算
    4號鍋爐高溫段省煤器改造后能夠解決省煤器因磨損發(fā)生的泄漏問題，提高鍋爐的利用率和連續(xù)運行時間，增加發(fā)電量，降低檢修成本。據(jù)電廠統(tǒng)計，在過去的1年內(nèi)因高溫段省煤器磨損泄漏而停爐多達(dá)5次，每次停爐臨檢需要36 h。假設(shè)上網(wǎng)電價為0.29元tkWh，平均負(fù)荷為額定負(fù)荷的80%，發(fā)電成本為0. 22元/kWh，每次啟爐用油10t，油價為7900元／t。改造后，鍋爐效率提高0.04個百分點，每年燃料費用節(jié)省約5萬元。改造后，每年增加的經(jīng)濟效益為145.3萬元，1年左右可以收回改造成本。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
6、結(jié)束語
    將高溫段光管式省煤器改成鰭片管式省煤器，在額定負(fù)荷下燃燒試驗煤種時，煙氣流速由8.8 m/s降至8.05 m/s；換熱面積增加1 025.2 IT12；傳熱系數(shù)由70.2 W](1112．K)降至47.12 W/(m2．K)；排煙溫度下降0.6℃；鍋爐效率提高0. 04個百分點。改造前介質(zhì)側(cè)阻力為0. 033 MPa，改造后介質(zhì)側(cè)阻力為0.039 MPa，即介質(zhì)流動阻力增加0.006MPa；改造前煙氣側(cè)阻力為187.6 Pa，改造后煙氣側(cè)阻力為128 Pa，即煙氣側(cè)阻力降低59.6 Pa。通過計算，支撐鋼梁應(yīng)由熱軋普通槽鋼40a改為40c。改造總費用約為160萬元，改造后每年能夠增加145.3萬元的經(jīng)濟效益，1年左右可以收回改造成本。