58．39t／h余热锅炉蒸发管束改造.pdf

3 4 工业锅炉 2 0 1 0年第 2期 总第 1 2 0期 文章编 号 1 0 0 4 8 7 7 4 2 0 1 0 0 2 3 4 - 0 3 5 8 ． 3 9 t ／ h余热锅炉蒸发管束改造 王 维祥 重庆三峰卡万塔环境产业有限公司， 重庆 4 0 0 0 8 4 5 8． 3 9 t ／ h He a t Re c o v e r y Bo i l e r Va p o r i z e r Bu n d l e Al t e r a t i o n W ANG W e i x i a n g C h o n g q i n g S a n f e n g C o v a n t a E n v i r o n m e n t I n d u s t C o ． L t d ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 8 4 ， C h i n a 摘要 通过对余热锅炉蒸发管束进行改造， 锅炉出力得到保证， 运行稳定正常， 单台锅炉 1 次连续运行 时间超 过了改造 前的 1 倍 ， 有效地 防止 了积灰 ， 当年产 生直接经济效 益 3 3 2 ． 6 2 7万 元 ， 取得 了明显 的经济效益 、 社会效益 和环境效益 。 关键词 余热锅炉 ； 蒸发管束 ； 改造 中图分类号 T K 2 2 9 文献标识码 B O 前言 重庆同兴 2 6 0 0 t ／ d垃圾焚烧发 电厂是西南地 区首座 环 保发 电厂。本 电厂 采 用 德 国马 丁公 司 S I T Y 2 0 0 0垃圾焚烧发电技术和半干式烟气净化处 理技术 ， 日处理城市生活垃圾 1 2 0 0 t ， 发 电机容量 为 21 2 MW。2台 L c 6 0 0 _ 5 8 ． 3 9 4． 0 ／ 4 0 0 ／ 1 3 0 型单锅筒 中压 自然循环 余热 锅炉 ， 额定 蒸发 量 为 5 8 ． 3 9 t ／ h ， 汽包工作压力为 4 ． 7 4 M P a 。 自2 0 0 5年 3月投产 以来 ， 一级蒸发管束积灰问 题一直影 响锅炉正常运行 ， 2台锅炉运行不足两个 月就要停下来清灰 。为了提高锅炉每次连续运行时 间， 2 0 0 8年 7月 ， 本电厂把解决锅炉积灰 问题列入 了重点攻关项 目。参照本电厂近几年来的运行数据 和原始设计资料 ， 从分析垃圾焚烧后积灰形成机理 人手 ， 到实地观察燃烧状况 ， 最终确定 了从锅炉一级 蒸发管束结构上进行改进的方案。 1 积灰 形成 机理 ’ 自2 0世纪初 ， 日本 、 美 国及欧盟等发达国家和 地 区的余热锅炉技术有了不 同程度 的发展 ， 主要是 用于冶金行业余热的回收， 并逐渐掌握它 的运行规 律 ， 使积灰等问题逐步得到 了较好的解决 。但 随着 垃圾焚烧余热锅炉的发展 ， 由于生 活垃圾成分的复 杂性 ， 焚烧后产生的烟尘熔点相差较大， 积灰形成的 机理相对复杂 ， 在 防止积灰等方 面对余热锅炉又提 收稿 日期 2 0 0 9 - 1 2 - 0 7 作 者 简 介 王 维 祥 ， 高级工程 师 ， 注册监 理工程师 ， 从事 锅炉 技 术 工 作 。近 年 来 专注于生活垃圾 焚 烧锅 炉 安 装 与 运 营 工作。 出新 的课题 。 一 级蒸发 管束 的进／ 出 口处 原设计 烟 温 6 4 7 ／ 5 9 9℃ 实 际值 尚高 ， 它位 于过渡温区 9 0 06 0 0 o C 。垃圾焚烧所产生的烟尘熔点不 同于燃煤燃烧 产生的熔点， 有的在 1 0 0 0℃以上 ， 有 的只有 6 0 0～ 7 0 0℃， 相差很大 。本温区烟尘 大部分呈 固体颗粒 状 ， 属于松散性积灰和粘附性积灰 ， 而 尚有一部分呈 熔融或半熔融状态 ， 它属于粘结性积灰 ， 其 中大颗粒 的烟尘外表面常常是一层薄 的硬壳 ， 而 中间仍是半 熔融状态。本温区的分布与积灰软化点有关 ， 当积 灰成分很复杂时， 由于各种成分 的软化点相差很大 ， 因而积灰的软化点便成了范围较大的温度 区间。这 种积灰如果附着在蒸发管束管子上 ， 积灰初始是较 松脆的， 及时使用蒸汽吹灰较易清除。但积灰超过 一 定厚度时 ， 其外表就会形成坚硬焦壳 ， 作为积灰的 核心促使积灰迅速增长 ， 并且越积越厚 ， 这时再想清 除它就比较困难 。 综上分析 ， 若能降低通过一级蒸发管束的炯速 ， 烟尘对管壁撞击 的机会将减少 ， 大部分烟尘尚未和 管壁接触就被分离沉积下来 ， 即使有些松散的灰 附 着于管壁上 ， 也很容易用 蒸汽清除 ， 这样 可 防止积 灰。以此作为锅炉技改的理论基础 ， 把原有 锅炉一 级蒸发管束相邻横向管组问流通面积增大 1 ． 5倍 。 2 蒸发管束现状 L C 6 0 0 --5 8 ． 3 9 _ 4． 0 ／ 4 0 0 ／ 1 3 0型锅炉 为单 锅 筒 、 自然循环 中压锅炉 ， 采用前 吊后支结构 ， 为室内 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 节能改造 5 8 ． 3 9 t ／ h余热锅炉蒸发管束改造 3 5 布置。由 1 9 ． 1 6 4 m标 高位 置的非金属膨胀节将锅 炉分为焚烧炉和余热锅炉两部分 。位于膨胀节上方 的余热锅炉是 w 型布置 ， 分成 了4个垂直烟室 。 一 级蒸发管束布置在第 Ⅲ烟室最下部 。第Ⅲ烟 室内部由下至上还依次装有高 、 低温过热器及二级 蒸发管束 ， 一级蒸发管束起到保护高温过热器的作 用。烟气 自下往上流动 ， 积灰最严重的就集 中在本 烟室烟气最先流经 的一级蒸发管束部位 ， 它 的下部 A 为内衬耐火材料的非水冷式灰斗。 一 级蒸发管束为水平错列布置 ， 钢管规格为 q b 3 8 4 ． 5 ， 材质为 2 0 G， 横 向节距为 2 2 0 mm， 纵 向节距为 5 2 ra i n ， 相邻横向管组净间距为 7 2 m m， 管组数为 1 1 8 组 ， 每组由3根钢管制作而成， 受热面积为 2 3 6 m ， 烟 气流速为 3 ． 6 m ／ s ， 烟气_进／ 出口温度为 6 4 7 ／ 5 9 9 c lC 。 目前一级蒸发管束已经运行 4年多， 如图 1 所示。 一_ l 1 王 j l 1嫩 呈 7 o L - J ， l 0 ， 。 l ㈡ I 切 2 二 1 9 7 04 位 图 1 改造前设计 图 3 技改方案设计 如图 2所示 ， 将原有一级蒸发管束 的 1 1 8组减 至 5 9组 ， 相邻横 向管组净 间距增 至 1 8 2 m m， 受热 面积减至 1 1 8 m ， 一级蒸发管束 由错列布置改为顺 列布置。两相邻横 向管组 间流通面积 加大后 ， 烟气 流速降至 1 ． 5 m ／ s 。 一 级蒸发管束 4 , 3 8 X 4 ． 5钢管与后膜式壁 4, 5 7 X 5钢管 以三通方式相 连， 在拆除该蒸发 管束 的同 时， 与其相连的一段后膜 式壁管一并拆 除。拆 除部 位为一级 蒸 发管 束 低位 组 及 与其 相 连 的标 高 为 2 1 ． 7 0 2 m和 2 2 ． 7 0 2 i n间的一段后膜式壁 4, 5 75 后膜式 低位组 B 钢管 ， 如图 1 所示。4, 5 7 5钢管两侧鳍片上下切 口 位置分别超过该钢管切割线位置 2 0 m i l l_ ， 如 图 1节 点 I 所 示 。 拆除后用 4, 5 7 X 5钢管将拆除段 的水冷壁管焊 接恢 复 ， 最后用 5 0 X 6扁钢将膜式壁焊接密封 。需 安装 的直管 段位 于后 膜式 壁 标高 为 2 1 ． 9 6 6 I l l和 2 2 ． 7 1 0 1 T I 间 ， 如 图 2所示 。 7 X 5钢管两侧鳍 片 上下安装焊缝分别超过该钢管安装焊缝 2 0 m m， 钢 管与钢管间、 钢管与鳍片问 、 鳍片与鳍片问等焊接型 式详见图 2节点 Ⅱ所示 。单台锅炉一级蒸发管束拆 装 材 料 明细 如表 1 所示 。 1 l l1 9 5 8 X 2 2 0 L 一 镀 悉 游 } j 嘲 磷 ～ ， 。 I , I I { ■ “一 氡 “黠蠢 ，／ - ； 0 i 安 装 焊 缝 、 j i 薹 ■ 羔 芝 三 2 1 9 6 6 ； ． ． 墨 ， II I1 1 川 安 装 焊 缝 ，0 ； 0 _I 鏊 薯 j i 曩 2 o 0 0 0 ，一 ≯ 叠 董 ； 0囊 一 ⋯～一一 图 2 改造后设计 图 1 l 0 1 1 0 ～～■-一一r r ■ ≈ f钮 历膜式 量 善 曼 一一一 ● 高位组 一。 ，．一 一 一 川 三 三 圈 腓 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 工业锅炉 2 0 1 0年第 2期 总第 1 2 0期 本技改难度在于 现有锅炉已运行 4年多 ， 技改 后既要满足各运行参数许用要求 ， 又能从本质上防 止积灰发生 ， 还要确保技改 中管内的洁净度。蒸发 管束受热面积减少一半后 ， 是否会影 响它后面高低 温过热器的安全 ； 省煤器 出 口烟温升高是否会影响 布袋的正常使用寿命 ； 排烟热损失 q 增大对锅炉热 效率的影响程度等， 要从锅炉整体上进行校核计算 ， 从技术可行性和经济合理性等方面作综合分析。 4 热 力校核计算 初始条件 垃圾 热值为 7 0 0 0 k J ／ k g ， 垃圾 入炉 量为 2 5 0 0 0 k g ／ h ， 按 1 0 0 ％负荷计算。 4 ． 1 本锅炉一级蒸发管束 改造后较原设计值变化 部分的热力计算结果汇总 1 一级蒸发管束 换热面积 1 1 8 m ； 进／ 出口烟温 6 5 2 ／ 6 3 2℃。 2 高温过热器 进／ 出 口烟 温 6 3 2％／ 5 4 9℃ ； 进／ 出 口汽 温 3 0 9 。 C／ 4 1 0 。 3 低温过热器 进／ 出口烟温 5 4 9％／ 4 4 5℃ ； 进／ 出口汽温 2 5 6 ％／ 3 5 2℃； 蒸汽流量 5 4 9 6 2 k g ／ h ； 减温水量 3 4 1 8 k g ／ h。 4 二级蒸发管束 进／ 出 口烟温 4 4 5℃／ 4 0 1℃ 。 5 省煤器 进／ 出口烟温 4 0 1％／ 2 1 2℃ ； 工质进／ 出 口温度 1 3 0 C ／ 2 6 1℃， 进水压力按 5 MP a计。 4 ． 2 热力计算结果与马丁公司原设计比较 1 一级蒸发管束换热面积减少 了一半 ， 现为 1 1 8 i n ； 出口烟温提高 了3 3℃， 现为 6 3 2 o C。 2 锅炉蒸发量及饱和蒸汽压力均未变。 3 过热蒸汽温度上升 了 1 0℃ ， 现为 4 1 0℃， 压力未变 ， 仍为 4 MP a 。 4 减温水量增加 了8 0 0 k g ／ h ， 现为 3 4 1 8 k g ／ h ， 设计最大值为 5 0 0 0 k g ／ h 。 5 省煤器 出口烟温提高了2℃， 现为 2 1 2℃。 除了上述计算外 ， 还对高低温过热器壁温和水 循环进行了校核计算 。高温过热器进／ 出 口管计算 壁温为 3 7 9 C ／ 4 7 0 o C， 小 于其最 高使用 温度 5 6 0 o C； 低温过热器出口管计算壁温为 4 0 2℃ ， 小于其最 高使用温度 4 8 0 c 【 ， 高低温过热器壁温均在许用范 围 内。 基于上述计算 ， 技改后 2台锅炉可满足安全生 产和经济运行要求 。 5 运行 状况分析 本电厂 1 锅炉于 2 0 0 8年 1 2月 1 9日技改后投 运 ， 2 锅炉于 2 0 0 9年 2月 2 3日技改后投运 ， 主要运 行数据如表 2所示。 表 2主要运行数据对照表 从表 2中可知 ， 技改后的各项数据均好于技改 前 ， 特别是蒸发管束进 口烟温均低于技改前 ， 有效地 缓解了积灰发生 ， 满足 了设计要求。 技改后 ， 锅炉运行稳定正常 ， 从未出现 由于一级 蒸发管束积灰而被迫停运现象。锅炉 出力足 ， 单台 下转第 4 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 工业锅炉 2 0 1 0年第 2期 总第 1 2 0期 图 l Q X L系列大容量复合循 环水管式热水锅炉 空气预热器系统 图 其设计思想为 1 采用空气预热器与锅炉本体受热面相分离 的设计思想 ， 即空气预热器单独支撑 ， 通过烟道与锅 炉本体相联接 ， 这样 的设计方案不仅有利于在锅炉 房 内灵活布置热水 锅炉本体 、 空气预热器及其辅机 设备 ， 而且方便进行旁通烟道或旁通风道的设计 ； 2 采用卧式布置的钢管式空气预热器， 钢管采 用卧式错列布置， 空气在管内纵向流动 ， 炯气在管外横 向流动， 这不仅避免了烟气在管内流动产生积灰， 而且 由于烟气横 向水平冲刷， 也不会在烟管顶部存在积灰 问题， 同时， 在烟气流动方向上两相邻烟管行列之间留 有 2 0 lT l l n的问隙以便于清灰 、 检修和更换管束 ； 3 将烟气 的流动速度设计为空气流动速度 的 6 0 ％ 一 7 0 ％ ， 由于烟气在管外作错列管束横 向冲刷 流动 ， 其换热系数较高， 可以使空气预热器管壁温度 较高 ， 有利于克服烟气侧的结露和积灰 ； 4 设置空气旁通 系统 ， 对于 卧式布置 的空气 预热器 ， 空气旁通系统在设计布置上非常方便 。当 锅炉处于低负荷运行时， 可以通过控制锅炉本体 出 口的烟气温度来适时启动空气旁通系统 ， 使空气预 热器不产生结露和低温腐蚀 ， 同时 ， 锅炉运行热效率 也会得到有效保证 。 上接第 3 6页 锅炉 1次连续运行时间超过了改造前的 1 倍 ， 当年产 生直接经济效益 3 3 2 ． 6 2 7万元。预计在未来 2 O年运 营中， 可累计创造直接经济效益 6 9 3 2 ． 5 4万元。 6建 议 通过本次技改可知， 在设计此类锅炉时， 建议在 保证过热器安全和尾部烟温的前提下 ， 一级蒸发管束 的相邻管组横 向间距要 设计大一些， 一般在 2 0 0～ 4 0 0 m m为宜 ， 这样可以延缓本部位 的积灰 ， 延长锅 炉的运行时间。强 4 结论 1 由于 目前燃用二类烟煤 或其他劣质煤的大 容量链条炉排热水锅炉 的炉排 面积热负荷过高， 因 此 ， 必须设置有空气预热器并用较高温度 的一次风 来强化燃料的燃烧过程 ， 缩短燃料的燃尽时间， 以此 来弥补炉排面积的相对“ 不足” ， 保证锅炉的额定出 j 2 由于热水锅炉在一个采 暖期 内的热负荷变 化幅度较大 ， 甚至会较长时间地低负荷运行 ， 因此 ， 对于设置有空气预热器的大容量热水锅炉必须采用 在低负荷运行状态下避免其低 温腐蚀的保 护措施。 烟气旁通系统和空气旁通系统都是保护空气预热器 的有效方法 ； 3 采用空气预热器与锅炉本体受热面相分离 的设计思想 ， 即空气预热器单独支撑 ， 通过烟道与锅 炉本体相联接的设计方案不仅有利于在锅炉房 内灵 活布置热水锅炉本体 、 空气预热器及其辅机设备， 而 且方便进行旁通烟道或旁通风道的设计 ； 4 卧式布置的钢管式空气预热器， 由于烟气 在管外作错列管束横 向冲刷流动 ， 其换热系数较高 ， 使得空气预热器管壁温度较高 ， 可以有利于克服烟 气侧的结露和低温腐蚀 ， 并且 ， 这样的布置型式也非 常利于检修和更换管束 ， 是大容量热水锅炉空气预 热器的较好型式 。瞄 参考文献 [ 1 ] 李 惠春． 锅炉 空气 预 热器 的低 温腐 蚀 问题 [ J ] ． 冶 金 能 源 ， 1 9 9 8 1 4 75 0 ． [ 2 ] 董艽． 新型大容量复合循环水管式系列热水锅炉的设计 开发[ J ] ． 工业锅炉， 2 0 0 6 6 2 2 2 4 ． [ 3 ] 董苋． 关于大型链条炉排热水 锅炉设 计 中几个 问题 的探 讨[ J ] ． 工业锅炉， 2 0 0 8 4 1 61 8 ． [ 4 ] 荣秀惠， 肖兰生， 隋锋贞． 实用供暖工程设计[ M] ． 中国 建筑工、 I 出版社 ， 1 9 8 7 ． 参考文献 [ 1 ] 北京有色冶金设计研究总 院． 余热锅炉设计 与运行 [ M] ． 北京 冶金工业出版社 ， 1 9 8 2 ． [ 2 ] 潘效军， 等． 锅炉改造技术[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 o o5． [ 3 ] 李 国建 ， 等． 城市垃圾 处理工程 [ M] ． 北京 科学 出版社 ， 2 0 03． [ 4 ] 建设部人事教育司， 等． 城市生活垃圾焚烧处理技术 [ M] ． 北京 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 5 ] 李培生， 等． 固体废物的焚烧和热解[ M] ． 北京 中国环 境科学出版社， 2 0 0 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m