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曾恕鋼，黃宇星
（四川川潤動力設備有限公司，四川自貢643000）
摘要：為滿足生產經營需求，對兩臺600MW的超臨界燃煤直流鍋爐機組進行抽汽供熱改造，但鍋爐再熱器出現出口蒸汽超溫的問題，增加減溫水的使用量、降低再熱器側煙氣擋板可調節的余度，機組安全穩定運行的隱患增大。利用不銹鋼板包裹低溫換熱器受熱面管子的方式對其進行改造，在負荷相近的情況下可以有效降低減溫水的使用量、提升再熱器側煙氣擋板可調節的余度、有效控制鍋爐再熱器出口蒸汽超溫現象，大大提升機組的供熱抽汽能力。
0引言
某熱電公司一期發電機組為兩臺600MW的超臨界燃煤直流鍋爐[1]。該鍋爐型號為HG-1913/25.4-Ym³，為單爐膛結構，采用將汽輪機高壓缸排汽引入一級再熱器加熱，然后返回至汽輪機中壓缸內繼續做功的一次再熱方式。機組鍋爐利用Π形布置方案，采用全鋼架構、全懸吊結構進行露天布置，鍋爐排渣采用固態排渣的方式。
由于生產經營的需要，對該機組進行高中壓抽汽供熱改造，改造后的主蒸汽管道、熱段再熱蒸汽管道和冷段再熱蒸汽管道的抽汽供熱設計供熱量分別為120t/h、200t/h、120t/h。改造后的抽汽供熱同時發生在主蒸汽管道處和冷段再熱蒸汽管道處，導致在額定工況下鍋爐的燃煤量增加、再熱系統內的蒸汽流量降低，鍋爐爐膛出口處的煙氣溫度出現上升現象，進而導致再熱器出口蒸汽的溫度超過原有的設計值。為保證鍋爐的供熱滿足使用需求、鍋爐穩定安全運行，需要對再熱器系統進行蒸汽溫度降溫改造。
1應對鍋爐再熱器出口蒸汽超溫現象的改造方案
1.1改造前運行狀況分析
經抽汽供熱改造后，2×600MW超臨界燃煤直流鍋爐機組在抽汽工況下，采用同時對鍋爐主蒸汽管道、再熱器熱段管道和再熱器冷段管道進行抽汽的方式進行供熱[2]。在實際運行時，通過對機組數據以及運行方式的采集得知，主蒸汽管道以及再熱器冷段管道的抽汽量最大可達到200t/h，對比額定工況下再熱器的蒸汽流量，最大抽汽量占比可達到13%。在該抽汽供熱情況下，再熱器內的蒸汽流量急劇減少，再熱器側的煙氣調節擋板在使用時開度僅為5%、已處于幾乎全關的狀態，不存在可調節的余量。為保證運行的穩定與安全，使用減溫水對再熱器進行減溫調節時，調節水的水閥已經全部打開，在滿負荷的情況下，減溫水的用水量巨大、已達60t/h，此時已無法再采取相應的措施對再熱器蒸汽溫度進行進一步調節。并且在部分工況下，在高溫再熱器中再熱器的部分合金鋼金屬管子的溫度過高，存在超過設計溫度的超溫現象，為再熱器運行帶來了嚴重的安全隱患[3]。
為解決超溫現象的出現，保證機組的安全運行，通過對鍋爐進行多方的調研、設計與論證，擬改造設計方向為阻隔立式低溫再熱器吸熱，即對立式低溫再熱器進行改造，在其外部增設不銹鋼板，用不銹鋼板對立式低溫再熱器進行包裹，降低立式低溫再熱器的吸熱量，從而通過對吸熱阻隔減少立式再熱器蒸汽溫度的上升。同時，可以減少再熱器側煙氣擋板全關的現象，提升其開度，并可以有效降低降溫調節用水的水量，從而保證和提高機組鍋爐在運行時穩定性、安全性以及經濟性。鍋爐再熱器系統設計及運行參數表見表1。
1.2改造方案可行性
立式低溫再熱器的結構為對流式受熱面，其主要利用對流的方式進行換熱，通過加裝不銹鋼板對其進行包裹后，利用不銹鋼板的阻隔可以有效降低立式低溫再熱器的換熱能力，不銹鋼板包裹住地再熱器管屏的換熱途徑減少，僅能夠通過接觸導熱的方式進行換熱，并由于不銹鋼板的包裹，接觸導熱的方式也受到阻礙[4]。立式低溫再熱器在改造前的設計換熱面積為794.7㎡，換熱不受阻隔，換熱面積占比為100%，在進行不銹鋼包裹改造后，立式低溫再熱器的換熱面積降低為388.9m³，由于受到不銹鋼的包裹，換熱面積占比由原有的100%降低至49%。
根據超臨界燃煤直流鍋爐原設計方案，在額定工況下立式低溫再熱器工作介質的溫度升高指標約為230℃。在采用不銹鋼包裹改造方案后，立式低溫再熱器的換熱面積占比為49%。即可等同于換熱能力為改造前的49%，通過對熱力數據以及指標進行計算可知，對比改造前立式低溫再熱器工質溫升30℃，改造后立式低溫再熱器工質溫升降低約為14℃，對比改造前立式低溫再熱器減溫水量60t/h，改造后立式低溫再熱器減溫水量可降低25t/h，不影響高熱再熱器出口的蒸汽溫度。通過不銹鋼包裹改造后，解決了減溫水最大化使用以及再熱器側煙氣擋板最大化關閉的問題，因此為這兩種調節手段留出了可調整的空余，即可通過這兩種調節方式進一步對再熱器出口蒸汽溫度進行控制，解決再熱器出口蒸汽溫度超溫問題。
1.3具體改造方案
根據2×600MW超臨界燃煤直流鍋爐機組的實際運行情況可知，由于進行抽汽供熱改造后，滿足供熱需求時抽汽量較大，使得再熱器側煙氣擋板已接近全關，進一步調節的余量不大，并且需要減溫水閥全開，使得再熱器所需的減溫水流量過大，因此為再熱器安全、穩定的運行埋下隱患，在低負荷工況下機組出現安全問題的風險更大。考慮到熱段再熱蒸汽管道抽汽不會對鍋爐的運行產生影響以及立式低溫再熱器的換熱方式以及布置形式，此次改造的方向為最大限度遮擋立式低溫再熱器受熱面、阻斷換熱途徑，從而實現降低再熱器換熱能力、控制再熱器溫度的目的。
為保證立式低溫再熱器的完整性以及能夠穩定運行，此次改造不改變其現有結構，利用現有的設備附件及設備結構，將不銹鋼板固定在立式低溫再熱器上，包裹與覆蓋再熱器的受熱面合金鋼管，進而降低再熱器對流換熱的能力，實現控制再熱器溫升的目標。考慮到經濟性以及立式低溫器在各負荷情況下的最高溫度，改造使用的包裹不銹鋼板材料選擇06Cr19Ni10[5]，可以滿足最高溫度不超過760℃的使用需求。
本次改造過程中，對立式低溫再熱器受熱面管子的包裹范圍為：以最上方立式低溫再熱器出口彎頭和最下方管屏的變節距彎頭結構作為包裹邊界，對包裹邊界以內的受熱面管子進行包裹，包裹部分高約5300mm。由于包覆管套與立式低溫再熱器受熱面管子之間存在一定空隙，為了防止飛灰等雜物落入、造成設備運行的安全隱患，需要對受熱面管子包裹部分的頂端進行密閉處理。密閉時采用防火保溫棉對頂端進行封堵，封堵長度約為300mm。
2改造效果對比與分析
在對低溫再熱器受熱面管子進行不銹鋼包裹改造后，經過現場的調試，在鍋爐穩定抽汽供熱運行下，對改造前后的鍋爐運行參數進行了統計（表2）。
為驗證改造效果，對比主管道蒸汽流量相近、即負荷相近的工況下改造前后的效果。
（1）在改造前，實際工況為587WM時，主蒸汽流量為1715.3t/h，改造后實際工況為571MW時主蒸汽流量為1677.17t/h，兩者負荷相近；改造前再熱器進口蒸汽流量為1602.8t/h，計算抽汽量為112.5t/h，改造后再熱器進口蒸汽流量為1565.95t/h，計算抽汽量為111.22t/h，兩者抽汽量接近，可視為相近負荷，從而用于改造效果的對比。經對比可知，改造后再熱器減溫水流量為39.22t/h，對比改造前66.4t/h的流量減少27.18t/h，改造后再熱器側煙氣擋板的開度為20.21%，比改造前的5.5%開度增加了14.71%。通過負荷相近情況下、抽汽量相近情況下的對比可知，此次改造有以有效降低再熱器減溫水流量、提升再熱器側煙氣擋板的開度[6]，可顯著改善此部分的運行情況。
（2）改造前，實際工況為485WM時，其主蒸汽流量為1389.1t/h、再熱器進口蒸汽流量為1316.2t/h、抽汽量為73.9t/h，此時地再熱器減溫水量為60.96t/h，煙氣側擋板開度為5.5%。在改造后，實際工況為508WM時，其主蒸汽流量為1524.29t/h、再熱器進口蒸汽流量為1342.33t/h、抽汽量為182.59t/h，此時地再熱器減溫水量為53.23t/h，煙氣側擋板開度為19.3%。在相近再熱器減溫水量的情況下，可知改造后的煙氣側擋板開度要優于改造前，且抽汽量要遠大于改造前，因此可知改造可顯著提升超臨界燃煤直流鍋爐機組的供熱抽汽能力[7]。
因此，本次通過包裹不銹鋼板對機組再熱器系統進行蒸汽溫度降溫改造的方式，可使得機組在滿足抽汽供熱需求下，明顯優化機組安全穩定的運行情況。
3結束語
由于供熱需求的增加，對機組進行抽汽供熱改造，致使鍋爐再熱器出口蒸汽出現超溫現象，為機組的穩定運行帶來一定安全隱患。利用不銹鋼板包裹立式低溫換熱器的受熱面管，可以減少對流換熱的途徑、削弱換熱器的換熱能力，進而有效控制換熱器溫升現象，解決鍋爐再熱器出口蒸汽超溫的問題。該改造方案沒有損壞低溫換熱器設備的整體性，可隨時拆除、恢復，為機組鍋爐的安全生產與穩定運行提供保障。
參考文獻
[1]陳爆.660MW超臨界燃煤直流鍋爐運行效率的影響因素及對策[J].建材發展導向（上），2018，16（2）：7-8.
[2]鄭飛，陳曉利，高繼錄，等.抽汽供熱機組深度調峰靈活性改造技術研究[J].汽輪機技術，2021，63（2）：144-146，150.
[3]王永啟.減溫水過量對鍋爐運行的影響[J].中國化工貿易，2018，10（1）：200.
[4]趙煒煒，樓玉民，彭以超，等.超超臨界鍋爐低溫再熱器垂直段頻繁爆管原因分析[J].熱力發電，2020，49（2）：121-126.
[5]羅敏.06Cr19Ni10高壓不銹鋼管熱彎曲及裝焊工藝[J].中國重型裝備，2022（3）：43-46，51.
[6]彭曉軍.鍋爐尾部煙氣熱能階梯利用系統控制策略研究[J].特種設備安全技術，2022（1）：21-22，33.
[7]陳嘯，李國慶，劉利.基于EBSILON對某汽輪機組抽汽供熱方式的比較研究[J].山西電力，2022（3）：55-59. |
