霍煤鴻駿鋁電有限責(zé)任公司自備電廠4號(hào)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(jì)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(duì)4號(hào)鍋爐高溫段省煤器進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。
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(tái)風(fēng)扇磨直吹式制粉系統(tǒng)，其中l(wèi)臺(tái)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(jí)噴水減溫器，一級(jí)減溫器布置在屏式過熱器入口，二級(jí)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(tái)螺旋式撈渣機(jī)及2臺(tái)碎渣機(jī)，水力除渣。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，鍋爐設(shè)計(jì)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(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)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(jì)采用光管式，且分上下兩級(jí)布置在尾部對(duì)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(yùn)行穩(wěn)定。高溫段省煤器沿鍋爐寬度方向分左右兩組對(duì)稱布置，4個(gè)進(jìn)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(cuò)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(jì)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(jì)原則
    此次改造設(shè)計(jì)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(yùn)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(jìn)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(diǎn)
    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(dòng)，降低后墻處的灰濃度，還可使氣流流動(dòng)更有秩序，從而減少灰粒撞擊管壁的機(jī)會(huì)，減輕受熱面的磨損。
    b．  鰭片使受熱面擴(kuò)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(gè)個(gè)完全獨(dú)立的曲徑小煙道。在曲徑小煙道中流動(dòng)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(duì)省煤器的磨損。
2.3  熱力計(jì)算中主要參數(shù)的確定
    進(jìn)行受熱面的改造設(shè)計(jì)，必須進(jìn)行鍋爐的整體熱力計(jì)算，從而了解高溫段省煤器的變化對(duì)整體換熱的影響，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。對(duì)高溫段省煤器的改造，為了進(jìn)行整體熱力計(jì)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(shí)際地進(jìn)行計(jì)算。
    a．管徑和材質(zhì)
    根據(jù)國內(nèi)各電廠的運(yùn)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(jī)組熱力計(jì)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(yàn)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(huì)加劇磨損，太低會(huì)加劇積灰，而且介質(zhì)側(cè)阻力也會(huì)明顯增加。通過國內(nèi)各電廠的改造運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定改造后高溫段鰭片管式省煤器在燃燒試驗(yàn)煤種時(shí)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(jìn)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(jì)算
    熱力計(jì)算數(shù)據(jù)來源于原熱力計(jì)算書和熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以《鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法》（1973年版）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，高溫段省煤器主要熱力計(jì)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(yàn)煤種情況下，額定負(fù)荷時(shí)，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(shí)，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�？v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(gè)百分點(diǎn)。改造后熱風(fēng)溫度降低3℃。
4、其它相關(guān)計(jì)算
    進(jìn)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(jìn)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(jìn)行省煤器煙氣側(cè)、介質(zhì)側(cè)阻力計(jì)算，以及進(jìn)出口聯(lián)箱、蛇形管和支撐鋼梁的強(qiáng)度校核。
4.1煙氣側(cè)阻力
    依據(jù)《鍋爐設(shè)備空氣動(dòng)力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法》進(jìn)行煙氣側(cè)阻力計(jì)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(jī)的電耗。
4.2介質(zhì)側(cè)阻力
    介質(zhì)側(cè)阻力的計(jì)算是根據(jù)《電站鍋爐水動(dòng)力計(jì)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(jì)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(qiáng)度校核
    由該鍋爐的原強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度沒有問題。
    高溫段省煤器進(jìn)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(hào)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(hào)為40c。
5、改造成本及經(jīng)濟(jì)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(hào)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(jì)效益核算
    4號(hào)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(yùn)行時(shí)間，增加發(fā)電量，降低檢修成本。據(jù)電廠統(tǒng)計(jì)，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(jià)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(jià)為7900元／t。改造后，鍋爐效率提高0.04個(gè)百分點(diǎn)，每年燃料費(fèi)用節(jié)省約5萬元。改造后，每年增加的經(jīng)濟(jì)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(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)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(yàn)煤種時(shí)，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(gè)百分點(diǎn)。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(dòng)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(jì)算，支撐鋼梁應(yīng)由熱軋普通槽鋼40a改為40c。改造總費(fèi)用約為160萬元，改造后每年能夠增加145.3萬元的經(jīng)濟(jì)效益，1年左右可以收回改造成本。