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58.39t/h余热锅炉蒸发管束改造
发布时间：2013-06-04 07:45 来源：未知
0、前言
重庆同兴2×600t/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SITY 2000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1200 t，发电机容量为2 x12MW02台LC 600-58. 39-4. 0/400/130型单锅筒中压自然循环余热锅炉，额定蒸发量为58. 39 t/h．汽包工作压力为4.74 MPa。
自2005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，2008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20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出新的课题。
一级蒸发管束的进／出口处原设计烟温647/599℃（实际值尚高），它位于过渡温区(900~600℃)。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1000℃以上，有的只有600~700℃，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，富通新能源主要生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
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间流通面积增大1.5倍。
2、蒸发管束现状
LC 600-58. 39-4. 0/400/130型锅炉为单锅筒、自然循环中压锅炉，采用前吊后支结构，为室内布置。由19.164 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。
3、技改方案设计
如图2所示，将原有一级蒸发管束的118组减至59组，相邻横向管组净间距增至182 mm，受热面积减至118m2，一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1.5m/s。
一级蒸发管∮38x4.5钢管与后膜式壁西57x5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21. 702 m和22.702 m间的一段后膜式壁∮57×5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∮8x4.5，材质为20G，横向节距为220mm，纵向节距为52mm，相邻横向管组净间距为72mm，管组数为118组，每组由3根钢管制作而成，受热面积为236 m2，烟气流速为3.6 m/s，烟气进／出口温度为647/599℃。目前一级蒸发管柬已经运行4年多，如图1所示。钢管，如图1所示。∮57x5钢管两侧鳍片上下切口位置分别超过该钢管切割线位置20mm，如图1节点1所示。
拆除后用∮57x5钢管将拆除段的水冷壁管焊接恢复，最后用50 x6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21. 966 m和22.710 m间，如图2所示。(b57 x5钢管两侧鳍片上下安装焊缝分别超过该钢管安装焊缝20 mm，钢管与钢管间、钢管与鳍片间、鳍片与鳍片间等焊接型式详见图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。
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；省煤器出口炯温升高是否会影响布袋的正常使用寿命；排烟热损失q2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7000kj/kg，垃圾人炉量为25000kg/h，按100%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)-级蒸发管束
换热面积118m2；进／出口炯温652/632℃。
(2)高温过热器
进／出口烟温632℃/549℃；进／出口汽温309℃/410℃。
(3)低温过热器
进／出口烟温549℃/445℃；进／出口汽温256C/352℃；蒸汽流量54 962 kg/h；减温水量3418kg/h。
(4)二级蒸发管束
进／出口烟温445C/401℃。
(5)省煤器
进／出口烟温401℃/212℃；工质进／出口温度130℃/261℃，进水压力按5 MPa计。4.2热力计算结果与马丁公司原设计比较
(1)-级蒸发管束换热面积减少了一半，现为118m2；出口烟温提高了33℃，现为632℃。
(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10℃，现为410℃，压力未变，仍为4 MPa。
(4)减温水量增加了800 kg/h，现为3418kg/h，设计最大值为5000 kg/h。
(5)省煤器出口炯温提高了2℃，现为212℃。
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379℃/470℃，小于其最高使用温度560℃；低温过热器出口管计算壁温为402℃，小于其最高使用温度480℃，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2008年12月19日技改后投运，2#锅炉于2009年2月23日技改后投运，主要运行数据如表2所示。
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，单台锅炉1次连续运行时间超过了改造前的l倍，当年产生直接经济效益332. 627万元。预计在未来20年运营中，可累计创造直接经济效益6932.54万元。
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200~ 400 mm为宜，这样可以延缓本部位的积灰，延长锅炉的运行时间。
