降低壁温提高再热汽温的节能改造实践.pdf

2 0 1 2 年第 2 期 降低壁温提高再热汽温的节能改造实践 朱宰基 ( 上海吴泾发电有限责任公司， 上海2 0 0 2 4 1 ) 摘要： 介绍了锅炉再热汽温低 、 末再出口穿顶管管壁超温问题 ， 通过技术改造， 达到了降低管壁温度、 提高再热汽 温的目标。 关键词 ： 降低壁温； 再热汽温； 节能 中图分类号： T M6 2 1 文献标识码： B 0引言 上海 吴泾 发 电有 限责 任公 司 l 2号机 组为 3 0 0 MW 机组， 自 1 9 9 2年投产至今 已达 2 0年， 期间 机组运行基本正常， 但从 2 0 0 8年起该机组锅炉因 末再出口穿顶管管壁超温严重， 为此不得已加大 再热减温水流量， 致使再热汽温严重偏低， 给该机 组的经济性带来不利影响。为彻底改变这一窘迫 局面， 在做好充分试验和数据收集等准备工作的 基础上 ，于 2 0 1 0年上半年对该炉进行 了再热器 改造。 上海吴泾发 电有限责任公 司 # 1 2锅炉设计 采用美国燃烧工程公司( C E) 的引进技术 ， 上海锅 炉厂生 产 的 S G 一 1 0 2 5 1 8 3 一 M3 1 6型亚 临界一次 再热的控制循环汽包炉。配用带中速磨 的直吹式 制粉 系统 ， 采用单炉膛 ， 四角切 向燃烧方式 ， 露天 布置全钢悬 吊等结构。 汽水 系统有蒸发系统 ， 过热蒸汽系统和再热 蒸汽系统 。 1 再热器改造前超温情况 1 2号炉 自 1 9 9 2年投运 以来 ，处在大罩壳 内 的末级再热器管运行至今约 1 0万 h ， 尤其在再热 3 结语 经过有针对性的对策改进后 ， 收集 2 0 1 0年 6 月 1 1月的这 6个月里的数据 ， 经统计 ， 共发生 化水程控故障 1 次( 即阀门反馈装置缺陷故障) 。 由于在程控界面中安装了强制复位 ， 故障很快就 得到了处理 。化水程控故 障次数大大减少 ， 现场 设备运行 良好。 与 2 0 0 6 -2 0 0 9年 的 6 1 1 月 的化水程控故 障次数及阀门反馈装置缺陷故障次数相比较， 得 到了表 5 。 表 5 2 0 0 6 -2 0 1 0年 内 6 1 1月的程控故 障 次数 统计 由表 5可知 ， 通过积极 的改进 调整 ： 为阀门 管道加装节 流挡板 ， 控制进水流量 ； 将 固定螺丝 进行加固和定位； 对位置反馈装置进行更换并进 行性能测试 ； 加设程控界面 ， 强制将其复位， 可以 减少阀门反馈装置缺陷故障次数， 从而大大降低 化学水处理程控故障次数。但受执行机构本体故 障、 电源回路供电缺陷等局限， 改进调整只能将 化学水处理程控故障次数降低 ， 不能从根本上一 举解决该问题 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 2 1 0 作者简介： 胡佳怡( 1 9 8 4 - ) ， 女 ， 助工， 从事仪表检修 工作。 ( 编辑 ： 吕斌 ) - 1 09 - 2 0 1 2 年第 2 期 器 A侧 ( 左侧 ) 2 0 0 8年起发现存 在严重 超温情 况。通过对 1 2号炉进行再热器超温改造试验 ， 在 各个 工况下对 高温再 热器 的性能进行 测定 ，l 2 号炉再热器 A侧( 左侧) 确实存在严重超温现象， 图 1为各个工况下末 级再 热器 出 口外 圈管屏 间 壁温分布 ， 在各个 3 0 0 MW 负荷 的工况下 ( 除低负 荷工 况 1 4 1 5 0 MW 和工况 1 3 2 3 0 MW 情况 ) ， 从 A侧 ( 左侧 ) 数起 ， 末级再热器第 4屏 、 第 5屏 、 第 6屏 、第 1 O屏 的外圈管出 口壁温均超过 5 8 0 ， 尤其是第 6 屏超温最严重 ，基本上壁温在 6 0 0 左 右 ， 在 工况 4的情况下最恶劣 ， 第 6屏外圈管 出 口的壁温达到 6 0 8 。在个别工况下 ， 第 2屏 、 第 3屏 、 第 7屏 、 第 8 屏、 第 1 2 屏均略葡 。 屏号 图 1末级再热 器 出口外 圈管屏 间壁 温分布 ( 工 况 1至 工况 6 ) 2改造方案 1 2号炉末级再热器出 口 A侧金属管壁温长 期处于超温状态 ， 曾多次引起爆管事故， 对锅炉 安全运行形成极 大的隐患 。经过本次试验 ， 对末 级再热器 出口外圈管壁温进行 实测 ， 确定 # 1 2炉 A侧的确存在严重超温现象 ，第 2 屏至第 1 2 屏 均存在超 温现象 ，通过对 1 2号炉屏式再热器 + 末级再热器整体同屏热偏差的分析， 可以确定超 温管屏不仅仅是外圈管 ， 同屏其他管 出口壁 温大 多处于超温状态。为达到解决 1 2 号炉末级再热 器出 口 A侧金属管壁温超温的问题 ， 在现场试验 和分析计算的基础上提出如下改造思路： 1 )适 当减少屏式再热器和末级再热器 A侧 超温管屏的受热面 ， 减少超温管屏中蒸汽的吸热 量 ， 达到 降低末级再热器 出口 A侧金属管壁温的 一 11 0一 目的 。 2 )在减少屏式再热器和末级再热器受 A侧 热面的同时，随着管圈中管子长度的缩短， A侧 管屏 的阻力也相应减小 ， 相应的管屏 中的蒸 汽流 量将增大 ， 减小焓增。 由于 1 2号炉末级再热器出口A侧存在超温 现象 ， 超温管屏不仅仅是外 圈管 超温 ， 其他 管 出 口壁温大多处于超温状态， 考虑到屏式再热器和 末级再 热器 中间没有集箱连接 ， 屏再 的管子直接 引入末再的管子 ，本次改造针对屏式再热器的 1 - 6屏和末级再热器 1 1 2屏 ， 进行改造 。如 图 2 所示 ， 屏式再热器的 1 - 6屏( 从 A侧数 ) 的 1 、 2号 管 以及 9 、 1 0 、 1 1 、 1 2 、 1 3 、向上短路 1 1 m， 1 4号夹 持管上移夹住 l 3 号管子。为了挡住 1 、 2 管上提 留下的空当， 防止烟气走廊 的形成 ， 将 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8号管 向下延伸 0 1 m。共减少受热面积 2 0 9 1 ，由于屏 式再 热器 改造 后 ，下 部 有 小 烟 腔形成 ， 烟 气 对管 子 的辐 射加 强 ， 相 应 的 管 壁温度提高 ， 故将下部管材料换为 T 9 1 ， 规格 不变。 末级再热器的 1 1 2屏( 从 A侧数) 的4 、 5 、 6 号管向上短路 1 7 m ， 共减少受热面积2 1 9 2 ， 材料和 规格均不作变化。 图 2 改造方案 图 3 改造后效果 3 1改造后对相关性能的影响 2 0 1 2年第 2 期 1 ) 烟气阻力和烟 气流速的影响 本改造方案只是在锅炉 A侧的屏式再热器 和末级再热器的局部进行部分管圈的短路 ， 不管 是在整体或是局部区域， 并没有改变管屏总体结 构和布置， 烟气的流通截面也就不会改变， 在相 同的烟气流量 的情况下 ，烟气流速也不会改变 。 在管圈局部短路的区域，烟气阻力系数有所减 小 ， 但短路管圈所占的整个管屏的比例小， 几乎 可 以忽略不计 ， 所 以， 本次改造 后对烟气的阻力 和烟气流速基本没有影响 2 ) 蒸汽侧 阻力 的影 响 本改造方 案针对屏再的 1 - 6屏 和末级再 热 器 1 1 2 屏， 进行改造 ， 因减少了部分受热面管屏 管子的长度 ，会减少相应管屏的蒸汽侧流通阻 力 ， 使各受热面的流量重新分配， 经计算屏再的 1 - 6屏和末级再热器 1 一 l 2屏在改造后每片屏 管 内蒸汽流量将增加 2 ，其他未改造管每片屏管 内蒸汽流量将减少 0 0 5 ，蒸汽侧阻力减少的千 分之五左右， 因而其影响程度很小。对比屏再的 1 - 6屏和末级再热器 1 1 2屏改造前后 的同屏流 量偏差系数情况 ， 本改造方案在局部 区域短管后 对 同屏流量偏差影响不大。 3 ) 对烟温的影响 本改造方案涉及到屏再的 1 - 6屏 ， 共减少 受 热面积 2 O 9 1 m 2 ， 占整个 3 0片屏式再热器总面积 的 1 0 9 ， 涉及到末级再热器的 1 1 2 屏共减少受 热面积 2 1 9 2 占整个 6 0片末级再 热器 总面积 的 1 9 7 。屏式再热器和末级再热器总减少 的受 热面 占整个屏式再热器 和末级再热器 总面积的 1 4 1 。相应影响到局部 1 4 1 传热效果 ， 表现在 蒸汽侧的吸热量或者烟气放热量的减少， 由于局 部区域减少的受热面占整个受热面的比例较小， 末级再热器出 口烟气 温度升高幅度不大 ， 根据计 算 ， 影响不足 2 ， 这部分热量将被后面的受热面 逐级平衡掉， 对 4 j 温度影 向 不大， 可以忽略刁 。 4 ) 对 锅 炉效 率的 影响 对锅炉效率的影响主要包括以下几个因素： ( 1 ) 排烟损失： 一般由排烟过量空气系数， 排 烟温度 一 T u q ， = _ 二 = 业( 1 O O 一 口 、 Q d w 、 ( 1 ) J 乍 烟的焓值 ； 一 排烟过量空气系数 ； 广 ： l时每公斤燃料所需 空气在冷空气 温度 t lk 【 】 下的焓( 冷空气温度一般在 2 0 C) ； 。 燃料工作基低位发热量 ； q 一机械不完全燃烧损失。 ( 2 ) 气体不完全燃烧损失 q ， ： 气体不完全燃 烧损失是燃料在燃烧过程 中所生成 的一部分 可 燃气体( 如一氧化碳 ， 烃， 氢等气体) 未完全燃烧 而残留下的热损失 ， 由燃料的性质和燃烧方法计算 。 ( 3 ) 机械不 完全燃烧损失 q ： 机械不完全燃 烧损失是指燃料中一部分 固定碳未燃尽 ， 残留在 灰 ， 渣 中而损失的热量。 ( 2 ) 灰渣中燃料灰分所占的份额； 飞灰中燃料灰分所占的份额； r 灰渣 中可燃物的含量 ； r 飞灰中可燃物的含量 ； A k燃 料工作基灰分 ； 送如锅炉机组的热量( 支配热量 ) 。 ( 4 ) 锅炉外部散热损失 ： 根据锅 炉蒸汽产量 ， 有无省煤器， 空气预热器决定。 ( 5 ) 灰渣物 理热损 失 ： 固态排渣煤粉炉 的灰 渣量较少( 一般灰只占灰分 5 一1 0 ) ， 常可以 忽略不计， 但当燃料中的灰分 l O O 时， 必须计 人灰渣物理热损失 ： q 6： ( 3 ) 。 仅 疋 渣所 占燃料灰分的分额 ( 0) 一灰渣在的热容量 A 料工作基灰分 然 料工作基低位发热量 锅炉效率 q 。 ： q l =1 0 0一q 2一 一 4 一q 6 本次改造 ， 没有涉及到任何可能影响煤粉燃 烧的内容，对燃烧效果不产生任何不利影响， 故 不会产生额外的气体不完全燃烧损失 q ， 、 机械不 完全燃烧损失 q 4 。 锅炉外部散热损失 q 由锅炉蒸 汽产量 ， 有无省煤器和空气预热器决定 ， 灰渣物 一 1 1 1 一 I l 吼 上海电力 2 0 1 2 年 第2 期 理热损失 q 由灰渣特性决定 ，故本 次改造对 q 5 和 q 也不会造成影响。 由于局部区域减少的收热 面 占整个受热面 的比例较小 ， 末级再热器出 口烟 气温度升高幅度不大， 这部分热量将被后面的受 热面逐级平衡掉 ， 对排 烟温度影 响不大 ， 几乎 可 以忽略， 故对排烟损失 q 影 响可以忽略不计。 综上所述 ， 改造后锅炉主要 的热力性能参 数 与改造前保持一致 ， 不会对锅炉设备运行产生任 何影 响。 3 2改造后效果考察 再热 器改造方 案于 2 0 1 0年 4月 1 4日实 施 完成 ， 实施后 ， 根据改造前 2 0 0 9年 1 1月 1 2日的 试验运 行结果 和改造后 2 0 1 0年 5月 2 5日的试 验运行结果 ，对改造前后的运行效果进行了对 比， 见表 1 。 表 1改造前后主要运行参数对比 参数 改造前 改造后 发电负荷 M w 3 0 4 9 3 0 5 再热器进口压力M P a 3 7 O 3 6 9 再热器出臼压力M P a 3 4 0 3 3 6 再热器进口温度 c 3 3 0 3 3 1 再热器出口温度 c 5 2 8 5 3 9 再热器出口最高壁温 5 9 8 5 7 4 rc 减温水 量 t h 。 3 9 8 l 1 2 表 1为改造前与改造后在 3 0 0 MW 负荷时候 的主要运行 参数对 比， 改造 前 ， 由于再 热器 A侧 存在超温 问题 ，为保证再 热器受热面 的安全运 行 ， 控 制再 热器 出现超温的幅度 ， 运行人员 只能 利用减温水控制再热器出口蒸汽平均温度 ， 经常 运行在实际值之下 ， 对 比工况为再热器 出口温度 为 5 2 6 ，此 时再 热器减 温水量 已开 到最大 的 4 0 t h ， 再热器 出口最高壁温依然达到 5 9 8 C， 局部 超温仍然十分严重 。 与改造前对比工况 比较 ， 改造后 ， 在正常运 一 l 1 2 一 行工况下 ， 再热器出 口最高壁温为 5 7 4 C， 此时再 热器减温水量为 1 1 2 t h ， 再热器出 口蒸汽温度为 5 3 9 C，在满足再热器受热 面管壁温度安全条件 下 ， 已能恢复 到设计 值 ， 解 决 了再热器局部超 温 问题， 达到改造设计的预期目的。 4 改造后经济性评价 再热器出 口蒸汽温度 由改造前的 5 2 6 o C 恢复 到设计值 ， 提高到改造后的 5 3 9 ， 改造前后再热 器 出口蒸 汽温度提升 1 0 左右 ，根据对 3 0 0 MW 等级机组发电煤耗的定量分析 ， 再热器蒸汽温度 每降低 1 o C， 影响发电煤耗约为 0 0 7 1