1 025 t/h鍋爐增容改造實踐

張凡志，陳強進，陶良福，常 樂

（1.臺州發(fā)電廠，浙江 臺州 318016；2.哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

臺州發(fā)電廠五期300 MW機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司制造的HG-1025/17.55-YM15、亞臨界中間一次再熱控制循環(huán)汽包鍋爐，使用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，固態(tài)排渣、半露天布置、單爐膛、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式。為了提高機組能效、降低機組煤耗，對機組進行增容改造，銘牌出力增至330 MW，要求鍋爐的蒸發(fā)量增至1 086.9 t/h，需要對鍋爐各系統(tǒng)參數(shù)進行核算，在保證安全運行的基礎(chǔ)上，在2013年9—11月，結(jié)合機組大修，對五期9號鍋爐進行了增容改造。

1 鍋爐本體及輔機參數(shù)核算

對鍋爐進行改造，應(yīng)盡量減少對鍋爐本體的大改動，從而減少工作量、降低成本、減小風(fēng)險、縮短工期。根據(jù)機組增容至330 MW對應(yīng)的汽輪機進汽參數(shù)，需要BMCR（鍋爐最大連續(xù)負(fù)荷）工況下汽水參數(shù)如表1所示?？梢姡啓C主汽門進口壓力維持不變，鍋爐過熱蒸汽出口壓力維持不變，僅流量增加，即鍋爐過熱器系統(tǒng)流量增加但壓力維持不變。

表1 鍋爐原設(shè)計及增容需要的汽水參數(shù)

鍋爐設(shè)計通常有一定裕量，再熱器系統(tǒng)進、出口壓力分別比原設(shè)計值高出0.19 MPa和0.179 MPa，但再熱器系統(tǒng)各受壓元件仍處于原設(shè)計壓力4.34 MPa以下，各元件強度滿足強度計算要求。從壓力角度，鍋爐一、二次汽系統(tǒng)受熱面強度滿足要求，可以安全運行。

機組鍋爐為單爐膛，四角切圓布置擺動式直流燃燒器，切向燃燒，采用煙混煤為設(shè)計和校核煤種，主要參數(shù)見表2，配置5臺上海重型機器廠有限公司產(chǎn)HP863型磨煤機（單臺磨煤機最大出力為38.5 t/h），采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，在BMCR工況下，4臺運行，1臺備用，原設(shè)計單臺磨煤量為29.75 t/h。

表2 鍋爐煤種主要參數(shù)

根據(jù)表1所列增容需要的汽水參數(shù)，并結(jié)合表2所列鍋爐煤種參數(shù)，進行鍋爐熱力校核計算，熱力計算結(jié)果主要數(shù)據(jù)如表3所示（僅列出BMCR工況設(shè)計煤種的部分計算結(jié)果）。通過熱力計算得出，在不增加受熱面的情況下，鍋爐原有受熱面能夠滿足鍋爐蒸發(fā)量增至1 086.9 t/h的要求。

表3 鍋爐原設(shè)計及增容后BMCR工況下的熱力計算結(jié)果

由表3可知，鍋爐燃煤量的增加需要磨煤機出力相應(yīng)增加，增容后單臺磨煤量增加至33.4 t/h，原有磨煤機出力滿足需求。增容后給水壓力增至19.493 MPa，原給水泵型號為CHTC5/6，出口壓力為21.284 MPa，原有給水泵出力滿足要求。

隨著燃煤量的增加，煙氣和空氣流量和阻力均有增加。通過煙風(fēng)流量計算，空預(yù)器進、出口煙氣量分別為1 351.7 t/h和1 417 t/h，空預(yù)器進、出口一次風(fēng)量分別為244 t/h和181 t/h，一次風(fēng)旁路冷風(fēng)量為87 t/h，空預(yù)器進、出口二次風(fēng)量分別為894 t/h和882 t/h。

通過煙風(fēng)阻力計算，鍋爐本體煙氣側(cè)總阻力為2 215 Pa，燃燒器本體一次風(fēng)側(cè)阻力為590 Pa，燃燒器本體二次風(fēng)側(cè)阻力為1 000 Pa，空預(yù)器本體一次風(fēng)側(cè)阻力為500 Pa，空預(yù)器本體二次風(fēng)側(cè)阻力為800 Pa。增容改造前風(fēng)機的流量及壓力參數(shù)如表4所示。

表4 增容改造前的風(fēng)機參數(shù)

可見，增容后風(fēng)機的流量、壓頭均不大于原有設(shè)計值并留有裕量，可以滿足增容改造需要。

根據(jù)熱力計算，鍋爐增容改造前后爐膛出口至空預(yù)器出口受熱面對應(yīng)位置煙氣溫度變化曲線如圖1所示，過熱蒸汽溫度變化曲線如圖2所示，增容改造前后煙溫和汽溫變化幅度較小。但爐膛出口煙溫上升10℃對爐膛的結(jié)渣有影響，同時鍋爐燃煤量增加后，爐膛的熱負(fù)荷相應(yīng)增加，如表3所示，爐膛的容積熱負(fù)荷為109.4 kW/m3，截面熱負(fù)荷為4.9 kW/m2，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷為1.64 kW/m2。

圖1 增容改造前后各受熱面煙氣溫度變化曲線

圖2 增容改造前后過熱蒸汽溫度變化曲線

鍋爐設(shè)計煤種為煙混煤，干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf為36%，根據(jù)JB/T 10440-2004《大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計規(guī)范》，增容后爐膛容積熱負(fù)荷、截面熱負(fù)荷和燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷均在設(shè)計規(guī)范的推薦范圍內(nèi)（見表5）。增容改造后，鍋爐的實際燃煤應(yīng)有所選擇，避免造成爐膛嚴(yán)重結(jié)渣，影響鍋爐的正常運行。

表5 切向燃燒方式爐膛熱力特性參數(shù)的推薦范圍

2 鍋爐受熱面壁溫及強度核算

鍋爐各受熱面進口煙溫升高，會影響受熱面管子壁溫。如圖1和圖2所示，管外部煙氣溫度和管內(nèi)工質(zhì)溫度略有變化，為安全起見，按照增容后的熱力數(shù)據(jù)對鍋爐受熱面進行了壁溫和強度核算。

根據(jù)熱力數(shù)據(jù)和傳熱計算，增容后，鍋爐原有的受熱面能滿足吸熱量的要求，過熱器、再熱器出口的蒸汽溫度能夠達到額定值，無需增加受熱面面積；過熱器蒸汽阻力增加后，汽包的工作壓力也相應(yīng)提高，但汽包的強度仍能滿足要求。

根據(jù)計算，除后屏過熱器外，各受熱面的進、出口汽水溫度，各管道、集箱的運行溫度均略低于設(shè)計值，處于允許變化范圍之內(nèi)，同時設(shè)計壓力也不高于原設(shè)計值，各管道、集箱的強度均能滿足需求，其強度計算仍采用原設(shè)計值。

增容改造前后的后屏過熱器壁溫如表6所示，改造前后設(shè)計蒸汽溫度沒有變化，但管壁溫度呈增加趨勢。改造前后的后屏過熱器管子材料如圖3和4所示。12Cr1MoVG鋼主要用于壁溫不高于570℃的受熱面管子，T91鋼主要用于不高于625℃的高溫過熱器管子，TP304和TP304H鋼用于鍋爐管子允許的抗氧化溫度為705℃。

表6 后屏過熱器受熱面管子的設(shè)計壁溫

可見，原設(shè)計出口管段壁溫裕量過小，增容改造有必要更換部分后屏過熱器管子材質(zhì)，從而提高壁溫安全裕量。

改造施工期間，對爐左至爐右共計20屏后屏過熱器管出口段實行了更換，施工期間采用水冷壁側(cè)墻單側(cè)開孔方式，作為新舊管屏的進出通道，大幅減少了后續(xù)恢復(fù)時間。

3 水冷系統(tǒng)及安全附件改造

鍋爐水冷系統(tǒng)為控制循環(huán)，配3臺濕式馬達爐水循環(huán)泵，BMCR工況設(shè)計為2用1備，蒸發(fā)量增加后，循環(huán)回路的出口最小含汽率裕量已經(jīng)接近設(shè)計允許值，在實際運行工程中應(yīng)加強觀察。

圖3 增容改造前的后屏過熱器管子材料

圖4 增容改造后的后屏過熱器管子材料

汽包內(nèi)部原有的汽水分離器數(shù)量為56只，單只設(shè)計最大出力為18.6 t/h，需要增加分離器數(shù)量以滿足汽水分離出力要求。結(jié)合汽包現(xiàn)有結(jié)構(gòu)空間情況，將汽水分離器增加至60只。在汽包內(nèi)增加分離器，拆除汽包內(nèi)原有的分離器及座板，在有限的汽包空間內(nèi)進行了重新布置安裝。

鍋爐原設(shè)計10只彈簧全啟式安全閥，分別設(shè)置在汽包3只，主蒸汽管道2只，再熱器入口3只，再熱器出口2只。此外，裝有電磁泄壓閥1只。原設(shè)計汽包及過熱器出口安全閥總排放量為1 073.2 t/h，小于增容后的過熱器最大流量，因此，改造時更換了1只汽包安全閥，以滿足排放量出力要求，確保鍋爐安全運行。

4 改造前后性能試驗

為檢驗機組檢修和增容改造效果，在大修前后1個月內(nèi)，分別以煙混煤為校核煤種對增容改造前后的鍋爐進行了性能試驗。由于設(shè)備密封老化等原因，造成空預(yù)器漏風(fēng)率和飛灰含碳量較大，導(dǎo)致檢修前的鍋爐未完全燃燒損失和干煙氣熱損失較大，修前鍋爐熱效率僅為89.62%。結(jié)合機組大修，對相應(yīng)設(shè)備進行了檢修。

增容改造后鍋爐性能試驗結(jié)果如表7所示?？梢?，通過本次檢修和增容改造，有效增加了鍋爐的最大主蒸汽流量，提高了鍋爐熱效率，降低了空預(yù)器漏風(fēng)率。在保證鍋爐效率及NOX，CO排放合格的情況下，除飛灰含碳量略超過設(shè)計值外，其余各項指標(biāo)均較好。

表7 增容改造后鍋爐性能試驗結(jié)果

5 結(jié)語

1 025 t/h鍋爐通過增容改造，增加鍋爐主蒸汽流量，提高了鍋爐熱效率，改造后各系統(tǒng)的各項參數(shù)滿足鍋爐安全穩(wěn)定運行的需要。

增容改造后，鍋爐爐膛的熱負(fù)荷相應(yīng)增加，爐膛出口煙溫升高，因此，在鍋爐運行中應(yīng)對燃煤有所選擇，避免造成爐膛嚴(yán)重結(jié)渣，影響鍋爐的正常運行。如需要更換煤種，務(wù)必先進行燃燒試驗，確定合理的燃料摻配摻燒方案。

增容改造后，各級受熱面的煙氣流速增加，煙氣流速的增加會導(dǎo)致受熱面磨損加劇，尤其對鍋爐尾部省煤器受熱面，需要結(jié)合實際燃煤的磨損特性及運行情況，在停爐檢修期間加強檢查，必要時增加防磨措施。

增容改造后，如有涉及煙風(fēng)道系統(tǒng)的其他改造，需要對輔機出力是否滿足重新進行核算，進而選擇合適的輔機設(shè)備。

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