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1、420 t/h鍋爐省煤器泄漏原因分析及其改造方案的探討楊建球(連州發電廠，廣東連州 523435)摘 要：連州發電廠420 t/h燃煤鍋爐投產運行了兩年多，其省煤器泄漏現象相當嚴重。為此，對省煤器泄漏的原因進行了分析，詳細分析了煙氣流速、飛灰濃度和受熱面布置形式等對省煤器磨損的影響。根據發電廠的實際情況，對省煤器的改造進行了探討，提出采用膜式省煤器可以較好地解決泄漏問題，并給出具體實施方案。關鍵詞：省煤器；磨損；泄漏；改造 連州發電廠一期工程共有2臺420 t/h燃煤鍋爐，哈爾濱鍋爐廠制造生產，分別于2000年3月和2000年8月投入生產，運行了兩年多，其低溫省煤器磨損泄漏現象嚴重，加上管子布2、置不合理，壞管無法更換或檢修，嚴重危及鍋爐的安全運行，因此很有必要徹底解決這兩臺鍋爐低溫省煤器的磨損泄漏問題。1省煤器原始結構 連州發電廠420 t/h鍋爐原低溫省煤器，采用光管式、錯列布置在鍋爐尾部煙道。在迎氣流方向的第1排、第2排管子的上方均裝有Q235A材料的防磨罩，其主要參數為：管子規格32mm4；橫向節距90 mm，縱向節距33 mm；橫向37排，縱向24排；對流受熱面積1 394 m2；進口和出口水溫240 ，進口和出口煙溫346 ；進口水速0.5 m/s，平均煙速7 m/s。2省煤器泄漏及磨損原因分析21省煤器泄漏原因分析 引起省煤器泄漏的主要因素有：防磨裝置損壞；給水品質不合格3、，造成省煤器管受腐蝕；飛灰磨損；管材或焊接質量不合格；水垢、焊渣或其他雜質堵管，使部分管子出現過熱損傷；給水溫度變化大，或點火升壓過程中補充水溫度不高，使管子受到不正常的應力；省煤器再循環門使用不當；吹灰器安裝不正確，使管子受到沖刷損壞等1。連州發電廠2臺鍋爐的低溫省煤器磨損嚴重，1號爐7次檢查中發現72根管嚴重磨損，2號爐5次檢查中發現53根管嚴重磨損。1號爐投產一年半低溫省煤器因磨損爆管3次，2號爐低溫省煤器因磨損爆管1次，共造成機組4次非計劃停機。連州發電廠低溫省煤器泄漏的主要原因是飛灰磨損。2.2省煤器磨損原因分析 飛灰氣流橫向沖刷省煤器管壁表面而產生的磨損過程是一種非常復雜的物理過程4、，就磨損最嚴重的區域看，磨損是因灰顆粒的沖擊與切削作用引起的，尤以后者為主。省煤器的飛灰磨損程度決定于煙速、煙氣溫度、煙道的漏風量、煙氣中的飛灰濃度、飛灰的含碳量、飛灰顆粒的硬度和強度、飛灰的幾何形狀、沿煙道截面的速度場與飛灰濃度場的不均勻程度，以及管束的幾何形狀和管材的抗磨性等因素。若不考慮鍋爐運行工況的影響，它們之間的關系可表示為2：式中：max管子的最大磨損厚度；飛灰磨損性系數，與煤灰的磨損性及管束的結構特性有關；飛灰的管壁撞擊率，試驗結果表明它與飛灰的顆粒大小、氣流粘性、氣流速度以及管子直徑有關；m金屬抗磨性系數，碳素鋼為1.0，合金鋼為0.7；飛灰濃度；飛灰濃度場分布不均勻系數；w煙5、氣速度場分布不均勻系數；t時間；w飛灰速度，可視為等于煙氣流速。2.2.1煙氣流速的影響 連州發電廠低溫省煤器的磨損是大面積的磨損，且是在鍋爐運行一年后發生的，煙氣流速按7 m/s設計，照理說低溫省煤器的磨損是不會如此嚴重的。為了分析低溫省煤器大面積嚴重磨損的原因，進行了尾部煙道的煙氣分布特性試驗。試驗數據表明，鍋爐低溫省煤器中間部分的煙氣流速僅為35 m/s，靠近前、后墻的煙氣流速偏高，達1011 m/s1。煙氣流速呈不均勻分布，局部煙氣流速過大，根據式(1)，管壁磨損厚度與煙氣流速的3次方成正比，故前、后墻第1至第5排管的磨損特別嚴重。由于第1層管子上方裝有防磨罩，故第1層管基本沒有出現磨6、損，但部分防磨罩已被嚴重磨薄。經第1層管的防磨罩阻擋后，煙氣流向發生了變化，直接沖刷第2層、第3層管子的側面，使側面嚴重磨損，而安裝在第2層管子正上方的防磨罩基本上不起作用。2.2.2飛灰濃度的影響 連州發電廠燃燒的煤主要是湖南臨武、宜章的無煙煤，原煤的灰分高達30%40%，導致尾部煙道的飛灰濃度較高，飛灰濃度越高，對管壁的磨損就越嚴重。由于低溫省煤器靠近前、后墻的煙氣流速偏高，高速煙流卷吸灰粒，使前、后墻附近的飛灰濃度進一步增大，加快了前、后墻附近管子的磨損速度。2.2.3受熱面布置的影響 連州發電廠低溫省煤器采用錯列布置，設計每列橫向節距為90 mm，前、后墻第1排管與爐墻的距離為80 m7、m。實際上由于安裝不當，每列橫向節距極不平均，部分管子橫向節距很小，有些甚至緊靠在一起，而另外一部分管橫向節距大于90 mm，前、后墻第1至第5排管及中間個別管的橫向節距為120150 mm。前、后墻第1排管與爐墻的距離為200250 mm，由此引起煙氣流速的不均勻，造成個別管磨損特別嚴重。3改造方案的探討3.1改變受熱面布置方式 由錯列布置改為順列布置，這樣雖然可以減少磨損，但要增加受熱面，并且容易產生積灰。3.2加裝飛灰分離裝置在省煤器前加裝飛灰分離裝置，減少飛灰濃度，但要實現必須有足夠大的煙道空間。3.3改善受熱面的結構特性 改善受熱面的結構特性，降低煙氣流速，減少飛灰尤其是大顆粒飛灰的8、撞擊率。但煙速降低意味著傳熱系數的降低，為了保持省煤器的吸熱量不變，就必須增加傳熱面。增加傳熱面的方法很多，結合改善受熱面的結構特性，可考慮采用的省煤器主要有鰭片管省煤器、肋片管省煤器和膜式省煤器。 采用鰭片管省煤器可以在占用空間變化不大的情況下，大量地增加傳熱面積，有效地減少輕管壁的磨損，但積灰比較嚴重，特別是使用高灰分煤及低負荷運行時，以及在有粘結性積灰的場所3。連州發電廠燃煤灰分高達30%40%，屬于高灰分煤種。肋片管省煤器的現場焊接工作量比較大，因此不易采用鰭片管或肋片管省煤器。 對于膜式省煤器，國內外都進行了大量的試驗研究。與光管式省煤器進行比較，在同樣條件下，膜式省煤器的金屬耗材比9、光管式省煤器少10%左右，煙氣流速低72%以上，磨損速度為光管式省煤器的08倍以下，即可以延長使用壽命25%以上。另外同肋片管省煤器一樣，膜式省煤器可以在管排高度變化不大的情況下，增加煙氣流通截面積，降低煙氣流速，使防磨效果更好，而且其沾污程度比肋片管省煤器低得多。正因為如此，國內外許多發電廠都將光管式省煤器改造成膜式省煤器，如錦州電廠、佳木斯電廠和通遼電廠等都先后進行了改造，運行效果很好。4膜式省煤器防磨機理 膜式省煤器相對于光管式省煤器增加了膜片，相當于增加了受熱面，因此可以減少管排數，在相同的煙道截面下，降低煙速。 由于膜式省煤器的膜片將煙道分割成一個個完全獨立的曲徑小煙道，小煙道兩側墻10、均為冷卻面，熱煙會流經其中。首先得到冷卻的是靠近兩邊的煙氣，中間煙氣靠對流傳熱，冷卻較慢，這樣形成的煙氣溫度場為中間高、兩邊低。在曲徑小煙道中流動的煙氣由于受到壁面摩擦力的影響，靠近膜片與管子的氣流速度降低，遠離管子和膜片的氣流速度增大。圖1為膜片省煤器的煙氣流動示意圖。在管子上下部及膜片附近是渦流、環流區，再往中間依次是層流區、過渡區和紊流區。在渦流區和層流區分界處，煙中灰粒濃度和粒度發生變化，1030 m的灰粒大都被渦流卷走，而渦流對30 m以上的灰粒卷吸力不夠，因此這部分被高速的紊流煙氣所挾走，從而導致煙氣流中灰粒濃度分布為中間高兩邊低，且50 m以上較粗灰粒都分布在小煙道中間部位。這種11、高速煙氣流卷吸灰粒的速度效應，減少了省煤器的受損機會。5建議改造方案 由光管式省煤器改造為膜片式省煤器，必須選擇合適的膜片規格和煙氣流速，并對鍋爐省煤器進行熱力計算，以便確定膜式省煤器的受熱面積、管排數和管組高度。在考慮留有足夠的檢修空間的條件下，確定各級聯箱的位置，另外還要進行管內工質的流動阻力校核計算和支吊部件的強度核算。5.1選擇改造方案的基本原則 由于前次鍋爐改造時對上級省煤器進行了改造，因此本次改造只能針對下級省煤器，原則上保持改造前后的下級省煤器進、出口煙溫和水溫等參數不變，空預器位置、支吊方式不變，同時保證排煙溫度在現運行條件下不再提高。 需全面考慮改造對鍋爐穩定運行的不良影響因12、素和設計布置的具體情況，改造后原下集箱位置下移約300 mm，省煤器支撐梁相應下移。吹灰孔、人孔及相應平臺位置不變，以減少改造工作量。5.2主要參數的選取 通過相關計算，確定改造后省煤器的主要參數如下：管子規格32 mm4；橫向節距105 mm，縱向節距45 mm；橫向31.5排，縱向24排；受熱面積2 767 m2；鰭片厚度3 mm或4mm，鰭片高度29 mm；煙氣通道面積45.37 m2，水通道面積0.228 m2；進口水溫240，出口水溫261 ；進口煙溫346 ，出口煙溫297 ；燃料耗量計算值57.784 t/h；水流速0.6 m/s；煙氣流速6.5 m/s。5.3結構設計參數的確定13、 改造后低溫省煤器質量增加29.4 t，經下梁支撐載荷核算，原設計承荷裕量已滿足，原有的省煤器支撐梁不變，下集箱固定結構不變，上集箱吊梁利用原有的結構改接，上部吹灰孔和人孔門上移300 mm，下部人孔門不變，平臺樓梯不變。 低溫省煤器采用鋼梁支撐和吊掛相結合的形式安裝，管子下部由下梁支撐，為了使運行后管子仍能保持間距均勻，根據現場的具體情況上部采用吊掛方式或固定裝置安裝。5.4其他防磨措施 在省煤器管子彎頭和未焊接鰭片處設防磨罩及蓋板，材料用耐熱、耐磨的SA309S不銹鋼板。膜式省煤器常規設計管束前為扁鋼鰭片，對上層管束仍有一定的磨損，為防止局部磨損，在省煤器管束前加裝假管，并在假管前加裝鰭片。6結束語 低溫省煤器磨損泄漏，將危機發電廠鍋爐的安全運行。上述對連州發電廠鍋爐省煤器的建議改造方案，將于2003年的機組大修過程中實施，相信將使連州發電廠的低溫省煤器磨損程度大大降低。參考文獻1廣東省電力試驗研究所. 連州發電廠1號機組性能試驗報告匯編(鍋爐專業)R. 廣州：廣東省電力試驗研究所，2001.2南京工業大學，西安交通大學熱能動力熱能教研室. 電廠鍋爐原理M. 北京：電力工業出版社，1980.3巴布克科威爾科克斯公司. 蒸汽的發生與應用M. 北京：兵器工業出版社，1990.