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1、前言
    馬鋼熱電總廠有一臺DGJ/480/13.7-Ⅱl型鍋爐。該鍋爐為一次中間再熱Ⅱ型布置、為超高壓、自然循環(huán)、單汽包爐、采用管式空預(yù)器，露天布置。承擔(dān)著馬鋼新區(qū)的發(fā)電任務(wù)，可全部燃燒煤也可以摻燒高爐煤氣，于2007年4月份投產(chǎn)。
1.1鍋爐主要參數(shù)如下
    額定蒸發(fā)量：480 t/h
    再熱蒸汽流量：393t/h
    汽包額定工作壓力：15.2MPa
    過熱器出口蒸汽壓力：13,7 MPa
    過熱器出口蒸汽溫度：540℃
    鍋爐排煙溫度：141℃(全燒煤)
    185℃(摻燒30%高爐煤氣)
    鍋爐效率：91.5%（全燒煤）
    89%(摻燒30%高爐煤氣)
1.2鍋爐整體布置
    鍋爐為全鋼結(jié)構(gòu)、雙排柱布置，光管加焊扁鋼組成膜式水冷壁。爐膛斷面為10400mmx10400mm，前后墻水冷壁下部形成傾斜角為550的冷灰斗，冷灰斗下部布置水浸式刮板撈渣機，后墻水冷壁上部向爐內(nèi)突出2500mm形成折焰角。爐膛頂部、尾部豎井包墻及水平煙道包墻均為膜式壁包墻過熱器。爐膛上部前面布置有全大屏過熱器，為全輻射過熱器，爐膛上部中間布置有后屏過熱器，為半輻射過熱器。在折焰角上方布置高溫過熱器，為對流過熱器。爐膛與尾部豎井煙道間有3700mm長的水平煙道，在水平煙道內(nèi)布置高溫再熱器。尾部豎井由中隔墻過熱器分為旁路煙道和主煙道。在旁路煙道內(nèi)布置旁路省煤器，在主煙道內(nèi)布置低溫再熱器。下級省煤器布置在尾部豎井煙道下部煙道內(nèi)，設(shè)置兩段受熱面及分煙道，兩段分煙道各自設(shè)置煙氣調(diào)節(jié)擋板。空氣預(yù)熱器采用分風(fēng)管式空預(yù)器，二次風(fēng)在前煙道，一次風(fēng)在后煙道，后煙道設(shè)置煙氣調(diào)節(jié)擋板。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。
2、存在問題
    (1)旁路省煤器泄漏，2009年開始，多次發(fā)生旁路省煤器泄漏引發(fā)的停爐停機。
    (2)再熱蒸汽溫度超溫，高爐煤氣摻燒量大時再熱器有超溫情況發(fā)生，導(dǎo)致再熱器事故噴水和微調(diào)噴水長期大量投入。
    (3)二次風(fēng)空氣預(yù)熱器阻力過大，差壓達(dá)4.5kPa，遠(yuǎn)大于2.5 kPa的設(shè)計值，二次熱風(fēng)總量略顯不足，夏季高負(fù)荷時的氧量只有2%左右，不能滿足燃燒需要。
    上述問題已經(jīng)影響了機組的長周期穩(wěn)定、安全運行，為解決上述問題，我們組織進行了技術(shù)攻關(guān)。
3、改造思路
3.1旁路省煤器泄漏問題分析
    旁路省煤器結(jié)構(gòu)是螺旋鰭片管∮38x4，材質(zhì)為20 g，錯列布置在尾部煙道的上部。自2009年以來多次泄漏點都在上面第一、二排管子上，經(jīng)過我們對管道泄漏的情況仔細(xì)觀察和省電科院提供的試驗數(shù)據(jù)分析判斷，排除了管子材料、制造質(zhì)量等方面的問題，確定了主要原因是飛灰磨損。
    影響飛灰磨損的主要因素是煙氣流速的大小，其次是煙氣中的飛灰濃度。為此，我們認(rèn)真地研究了該鍋爐的計算說明書，發(fā)現(xiàn)這臺鍋爐在全燒煤時，旁路省煤器處的煙氣流速為7.9m/s，而在摻燒30%的高爐煤氣時，旁路省煤器處的煙氣流速為17.3m/s。省煤器中的煙氣流速超過9m/s就將對省煤器磨損產(chǎn)生不利的影響，尾部煙道管材的飛灰磨損與流速的三次方成正比，顯然摻燒高爐煤氣時旁路省煤器處的煙氣流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于允許的煙氣流速，這是造成旁路省煤器管磨損泄漏的主要原因，所以必須要降低煙氣流速。根據(jù)馬鋼公司的煤氣平衡，這臺鍋爐承擔(dān)著消化富裕高爐煤氣的功能，幾乎都是在摻燒大量高爐煤氣的工況下運行。隨著摻燒高爐煤氣量的變化，旁路省煤器處的流速也相應(yīng)地發(fā)生變化。在這個問題上，制造廠家在設(shè)計時也做了考慮，在旁路省煤器煙氣出口安裝了煙氣擋板門，用來調(diào)節(jié)煙氣流量，進而控制煙氣流速，但是從這幾年的實際運行效果來看，旁路省煤器的煙氣阻力較大、流通面積偏小，同時由于再熱器蒸汽溫度超溫，運行中實際用該煙氣擋板調(diào)節(jié)的幅度很小，無法滿足降低旁路省煤器處煙氣流速的需要，需要對旁路省煤器重新設(shè)計。
    按照國家有關(guān)規(guī)定，省煤器管壁磨損速度應(yīng)該小于0.2 mm/年，旁路省煤器∮38x4的管子按常規(guī)煙氣流速9 mm/s計算，磨損壽命約20年，實際煙氣流速超過常規(guī)煙氣流速的一倍左右，管壁的磨損量同煙氣流速的三次方成正比，煙氣流速是常規(guī)煙氣流速兩倍，磨損量就是原來的八倍，故實際磨損壽命約為20/8=2.5年。該鍋爐正式運行時間至開始爆管正好是兩年多時間，與上面的計算大致吻合。
    這臺鍋爐的設(shè)計煤種應(yīng)用基的低位熱值是22.14 MJ/kg，灰分是22.15%，而實際使用的煤種由于市場原因滿足不了要求，來煤的灰分經(jīng)常達(dá)到40%以上，大大增加了飛灰濃度，加大了對省煤器的磨損。另外旁路省煤器是鰭片管，在鍋爐全燒煤低負(fù)荷運行工況下，還容易造成旁路省煤器的積灰，不適應(yīng)揮發(fā)份較大的煤種，采用光管省煤器更為合適。
3.2再熱蒸汽溫度超溫問題分析
    針對再熱器蒸汽超溫的情況，經(jīng)過對再熱器整體熱力計算的復(fù)核，發(fā)現(xiàn)主要的原因在于再熱器的吸熱面積過大．在煤、氣混燒的情況下，煙氣量增大，矛盾更為突出，造成減溫水長期大量的投入。從高溫再熱器和低溫再熱器在鍋爐內(nèi)部的實際布置情況和熱力計算分析，我們認(rèn)為減少低溫再熱器的吸熱面積是解決問題的關(guān)鍵，低溫再熱器和旁路省煤器在鍋爐尾部煙道幾乎處于同一高度，中間有中隔墻分開，減少低溫再熱器的管束，必然對尾部煙氣的流動分布產(chǎn)生影響，需要與旁路省煤器的改造結(jié)合起來綜合考慮。
3.3二次風(fēng)壓差大問題分析
    針對二次風(fēng)空氣預(yù)熱器空氣側(cè)阻力大于設(shè)計值很多的情況，我們和廠家對整個熱力風(fēng)煙系統(tǒng)進行了重新核算，重新計算的結(jié)果與實際運行的空氣阻力相近，造成二次風(fēng)阻力大的原因是二次風(fēng)采用了四流程布置，為了減小二次風(fēng)的阻力，我們認(rèn)為應(yīng)該將二次風(fēng)的流程減少。
3.4總體考慮
    這臺鍋爐是非標(biāo)鍋爐，是目前國內(nèi)首次在480t/h超高壓燃煤鍋爐上大量摻燒高爐煤氣，摻燒比例達(dá)30%(按熱值)，目的是盡可能地利用鋼鐵生產(chǎn)中富裕的高爐煤氣來發(fā)電。燃煤鍋爐摻燒高爐煤氣量越大，設(shè)計的難度就越大，主要原因是煤和煤氣混燒鍋爐在燃燒和換熱兩方面面臨由于燃料特性差異而導(dǎo)致的。高爐煤氣具有著火容易、燃盡度高、火焰不穩(wěn)定、燃燒時間短、燃燒后煙氣量大、輻射換熱能力弱、對流換熱占主導(dǎo)的特點，而動力煤則具有熱值高、火焰剛度強、燃燒時間長、燃盡度低、燃燒后煙氣量少、輻射換熱能力強的特點。在純燒煤和摻燒高爐煤氣情況下，煙氣量，煙氣成分，燃燒溫度等變化跨度很大，在純燒煤和摻燒不同比例高爐煤氣工況下要兼顧各受熱面，所以這次改造要在總體上充分地考慮到以上特點，盡可能地滿足各種運行工況。
4、改造方案
    根據(jù)上述的技改思路，我們開始制定具體的改造方案，整臺鍋爐為一個整體，每個地方的改動都會對其他地方產(chǎn)生影響。滿足不同的運行方式，降低旁路省煤器磨損和改善再熱系統(tǒng)超溫兩者兼顧是改造的重點，從最優(yōu)化旁路省煤器的煙速和再熱系統(tǒng)的減溫水量的角度出發(fā)考慮。實際過程中對每個具體的改造細(xì)節(jié)不斷推敲并不斷滾動進行整個鍋爐相關(guān)的熱力計算，確定最佳參數(shù)。
4.1  省煤器改造方案
4.1.1旁路省煤器改造方案
原旁路省煤器縱向有1 14排鰭片管，為Ø38*4(20 g)，錯列逆流布置，管排橫向節(jié)距120mm，雙管圈繞制。現(xiàn)具體改造如下：旁路省煤器改為采用∮38*4.5的光管(20g)，橫向節(jié)距拉大為270mm，采用四管圈繞制，縱向排數(shù)為32排，順列布置，上面兩層光管均增加防磨瓦。分為上、下兩組，為便于檢修，兩組之間在側(cè)包墻上設(shè)置一個人孔門。
    改造后的旁路省煤器的煙氣流速在全燒煤時是
7.2 m/s，摻燒300/0高爐煤氣時是9.8 m/s，比原來的流速設(shè)計有了明顯的改善。同時旁路省煤器的煙氣阻力在摻燒高爐煤氣時降低到49.6 Pa，遠(yuǎn)低于改造前的117 Pa，為旁路省煤器器下方的煙氣擋板能夠充分發(fā)揮調(diào)節(jié)作用提供了基礎(chǔ)。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。
4.1.2下級省煤器改造方案
    考慮到為了降低旁路省煤器煙氣阻力，其面積減少了很多，將會導(dǎo)致排煙溫度升高，需要適當(dāng)增加下級省煤器上組的面積，降低排煙溫度，提高鍋爐效率，具體改造如下：下級省煤器上組仍采用∮38*4的螺旋鰭片管形式，橫向節(jié)距設(shè)計為120mm，保留原來的8排下級省煤器上組的鰭片管，上面新增4排鰭片受熱面，縱向節(jié)距設(shè)計改為90mm，仍采用雙管圈形式，并在上面兩排和兩側(cè)各兩排加裝防磨瓦。
4.2低溫再熱器改造方案
    低溫再熱器順列逆流布置在尾部煙道中，縱向有101排管子，橫向節(jié)距100mm，由∮42x3.5的管子6根繞制組成。結(jié)合旁路省煤器的改造，通過對純燒煤工況和摻燒高爐煤氣工況的熱力驗算，決定減少低溫再熱器的吸熱面積，具體改造如下：低溫再熱器橫向割掉12排，這樣，低溫再熱器改造后，煙氣流速變化不大，既滿足了減少低溫再熱器吸熱面積的目的，又對低溫再熱器的飛灰磨損和積灰?guī)缀鯖]有影響。
4.3二次空預(yù)器的改造
    二次風(fēng)空預(yù)器阻力大，主要是每級的空氣流通截面過小，綜合考慮該空預(yù)器結(jié)構(gòu)強度和滿足工況要求的前提下，決定將二次風(fēng)空預(yù)器空氣側(cè)由四流程改為三流程。如圖1。
    對結(jié)構(gòu)更改后二次風(fēng)空預(yù)器阻力進行了核算，由4.5 kPa降至2.6 kPa
5、改造效果
    2010年4月我們利用該鍋爐大修機會進行了上述改造，通過實際運行證明改造是有效的。
    旁路省煤器的煙氣流速得到了很好的控制，磨損和積灰情況大為改觀，達(dá)到了設(shè)計的目的。再熱器汽溫超溫現(xiàn)象也解決的比較好，原來在摻燒高爐煤氣時需要投入大量的事故噴水和微量調(diào)整噴水仍難以控制再熱汽溫，現(xiàn)在再熱器事故減溫水已可不投用，微量減溫水量由原來每個8 t/h減至4t/h左右即可控制好再熱汽溫。
    二次風(fēng)的阻力損失也減少到了2.6 kPa左右，鍋爐燃燒情況明顯好轉(zhuǎn)，同時也降低了送風(fēng)機的壓頭，降低了風(fēng)機單耗。
6、結(jié)束語
    綜上所述，本次改造解決了長期困擾我們的運行難題，設(shè)備運行環(huán)境得到了很大的改善，為以后的鍋爐長期穩(wěn)定運行打下了良好的基礎(chǔ)。