利用鰭片式管束對(duì)SP余熱鍋爐過熱器的優(yōu)化改造

胡印勝 羅 王 姜興鑫

（1山東深信節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?， 山東 滕州 277500；2華新水泥股份有限公司， 湖北 武漢 430070）

某水泥公司余熱電站窯尾SP余熱鍋爐出口蒸汽溫度設(shè)計(jì)為250℃，需要與窯頭AQC余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽混合后進(jìn)入窯頭ASH蒸汽過熱器過熱至380℃，經(jīng)室外蒸汽管道送至主廠房進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電。

實(shí)際運(yùn)行中，由于在熟料生產(chǎn)線點(diǎn)火升溫過程中，預(yù)熱器出口廢氣溫度較高，窯尾SP余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽過熱度較小，因此不能單獨(dú)投入SP余熱鍋爐發(fā)電；熟料生產(chǎn)線斷料后，此時(shí)窯頭ASH蒸汽過熱器廢氣溫度降低，不能把兩臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽過熱至所需溫度，汽輪發(fā)電機(jī)不能維持運(yùn)行，被迫停機(jī)，特別是近年來，該水泥公司利用回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處理工業(yè)危廢、生活垃圾，窯系統(tǒng)用風(fēng)量增加，造成窯尾熱量升高，窯頭熱量降低，進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組的主蒸汽溫度一直較低，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)熱效率。

提高SP余熱鍋爐出口蒸汽溫度，產(chǎn)生的蒸汽直接進(jìn)入汽輪輪機(jī)是解決以上問題的關(guān)鍵，本文對(duì)采用鰭片式管束對(duì)原SP余熱鍋爐過熱器改造以及改造后效果做詳細(xì)介紹，以供同類型鍋爐改造參考。改造前SP余熱鍋爐中壓過熱器結(jié)構(gòu)及鍋爐參數(shù)。

1 改造前SP余熱鍋爐中壓過熱器結(jié)構(gòu)及鍋爐參數(shù)

1.1 中壓過熱器管束結(jié)構(gòu)

管子規(guī)格：Φ38×3.5mm

橫向間距：100mm

橫向排數(shù)：2×25排

縱向間距：80mm

縱向排數(shù)：出廠6排；第一次改為14排

布置類型：光管順排布置(見圖一：改造前光管管束布置圖：) 圖一：改造前后過熱器管束布置圖

1.2 改造前實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

受鍋爐內(nèi)部空間所限，水泥工廠于2013年把SP余熱鍋爐中壓過熱器縱向排數(shù)從6排增加到14排，鍋爐出口蒸汽溫度雖有所提高，但是SP余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽仍然要送到ASH蒸汽過熱器進(jìn)行過熱，無法單獨(dú)送至汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，SP余熱鍋爐實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為：

進(jìn)口廢氣量： 369000 Nm3/h 進(jìn)口廢氣溫度：355℃

中壓段出口廢氣溫度：207.3℃ 產(chǎn)汽量： 31.14t/h

蒸汽壓力：1.75MPa(a) 蒸汽溫度： 291℃

給水溫度：100℃

2 采用鰭片式管束對(duì)SP余熱鍋爐過熱器進(jìn)行改造

2.1 擴(kuò)展受熱面選擇

鍋爐常用的擴(kuò)展受熱面有肋片管（螺旋翅片管、H型翅片管）、膜式管、鰭片管等。

水泥廠余熱電站窯尾SP余熱鍋爐進(jìn)口廢氣粉塵濃度高達(dá)80-150g/Nm3，粉塵顆粒細(xì)、硬度低、易積灰，所選擴(kuò)展受熱面結(jié)構(gòu)應(yīng)能避免管束廢灰大量積聚；鍋爐進(jìn)口廢氣溫度280℃～400℃，廢氣溫度波動(dòng)較大，受熱面管子隨溫度能夠自由膨脹收縮，防止管束之間產(chǎn)生溫差應(yīng)力過大造成管束變形或損壞?？紤]以上因素，本改造采用鰭片管。

2.2 鰭片式過熱器的特點(diǎn)

a) 鰭片管是沿光管軸線外兩邊焊接矩形鋼帶，使得單位管長的換熱面積增加較多，故在有限的空間內(nèi)，可以最大可能的增加換熱面積，本次改造采用的鰭片管擴(kuò)展系數(shù)為1.767；

b) 窯尾廢氣溫度變化較大，鰭片和管子采用同一材質(zhì)，一起膨脹或收縮，管子之間留有一定間隙，整個(gè)管片不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力對(duì)管子造成損害；

c) 廢氣是順著鰭片方向流動(dòng)，兩側(cè)鰭片起到導(dǎo)向作用，對(duì)于含塵量較大的廢氣，積灰較輕；

d) 管束錯(cuò)排布置，能增加鰭片間氣流的擾動(dòng)，起到傳熱強(qiáng)化的作用。

2.3 鰭片過熱器管束結(jié)構(gòu)

管子規(guī)格：Φ42×3.5mm

鰭片高度：25mm

鰭片厚度：3mm

橫向間距：130mm

橫向排數(shù)：2×41排

縱向間距：61mm

縱向排數(shù)：11+11排

布置類型：鰭片錯(cuò)排布置（見圖一：改造后鰭片管管束）

2.4 熱工核算

2.4.1 核算廢氣參數(shù)：

進(jìn)口廢氣量： 369000 Nm3/h 進(jìn)口廢氣溫度： 355℃ 核算中壓段出口廢氣溫度：206.9℃ 核算蒸發(fā)量： 29.8t/h 蒸汽壓力： 1.75MPa（a） 核算蒸汽溫度： 340℃ 給水溫度： 100℃

2.4.2 改造中壓段傳熱部件核算結(jié)果匯總（見表）

表：改造中壓段傳熱部件核算結(jié)果匯總 名稱及符號(hào) 單位 過熱器 蒸發(fā)器1 蒸發(fā)器2 蒸發(fā)器3 蒸發(fā)器4 蒸發(fā)器5 省煤器 管子規(guī)格 mm 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 42×3.5 38×3.5 管子排列方式 鰭片錯(cuò)排 光管順排 光管順排 光管順排 光管順排 光管順排 光管順排 橫向排數(shù) 40+38 48 50 50 50 50 52 縱向排數(shù) 11+11 21 21 21 22 22 44 對(duì)流受熱面積 m2 1937 1251 1303 1303 1397 1397 2598 廢氣進(jìn)口溫度 ℃ 355.00 337.48 305.98 281.29 263.10 248.81 238.35 廢氣出口溫度 ℃ 337.48 305.98 281.29 263.10 248.81 238.35 206.87

工質(zhì)進(jìn)口溫度 ℃ 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 100.00 工質(zhì)出口溫度 ℃ 340.00 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 209.33 廢氣流量 Nm3/h 369461 370476 371583 372690 373797 374904 375919 工質(zhì)流量 kg/h 29753 / / / / / 31645 廢氣平均速度 m/s 6.81 7.30 7.16 6.91 6.73 6.59 6.03 傳熱系數(shù) W/℃.m2 26.84 35.80 35.09 34.21 33.66 33.16 32.26 換熱面?zhèn)鳠崃?kJ/h 9632760 17632841 13499227 9814995 7677676 5556393 17572159

3 改造效果

1) 改造前鍋爐出口蒸汽參數(shù)為：1.75MPa(a)-291℃-31.15t/h；改造后鍋爐出口蒸汽參數(shù)為：1.75MPa(a)-340℃-29.75t/h，雖然蒸汽量略有下降，蒸汽溫度及品質(zhì)較高，計(jì)算發(fā)電負(fù)荷提高60.8kW；

2) 改造后SP余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽不用送到ASH蒸汽過熱器再熱，直接進(jìn)入集汽缸，減少了沿程蒸汽管道阻力損失；

3) 當(dāng)啟窯時(shí)，窯尾SP余熱鍋爐隨窯同步一起投入，隨著廢氣溫度升高，窯尾余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，即可進(jìn)行暖管及汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)運(yùn)行，基本做到隨窯線同步運(yùn)行；

4) 當(dāng)停窯或斷料時(shí)，進(jìn)入窯尾SP余熱鍋爐廢氣溫度較高，鍋爐出口蒸汽溫度也較高，只要汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度高于蒸汽壓力下飽和溫度+60℃，汽輪機(jī)可以維持運(yùn)行，提高余熱發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)率；

5) 改造后的窯尾SP余熱鍋爐過熱器采用SX-SSQY亞音頻清灰器，提高了清灰能力，管束積灰情況好于光管。

4 結(jié)論

窯尾SP余熱鍋爐過熱器經(jīng)改造后出口蒸汽溫度提高，可以單獨(dú)運(yùn)行，提高了電站運(yùn)轉(zhuǎn)率，增加了發(fā)電負(fù)荷，達(dá)到了改造預(yù)期，還可以為其他同類型鍋爐改造提供參考。