低低温省煤器换热模块技术改进创新分析

商艺

【摘要】华能南京电厂通过对#2锅炉低低温省煤器进行换热模块的技术创新改造，采取优化烟气流场、改进换热基管结构、增加抗磨假管、对水系统管线优化。从低低温省煤器运行效果来看，提升模块换热效率、降低模块运行风阻、提高模块自身抗磨性能，改善烟气流场均匀性、降低烟气流场风速、延长模块寿命，节省大量运行成本、减少日常维护工作量，整体提升低低温运行安全可靠性和经济性。

【关键词】低低温省煤器；创新改造；经济性

1. 引言

华能南京电厂2×320MW机组锅炉BMCR工况设计修正后排烟温度为136℃；为了降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率，同时为提高除尘器运行效率，达到环保的烟气排放水平，2014年在锅炉空预器出口与电除尘器入口烟道内设计、增设低低温省煤器系统；低低温省煤器系统采用LP2和LP3入口引出部分凝水混合，调整进口水温后进入低低温省煤器吸热，烟气经冷却器后排烟温度降到90℃，低低温省煤器出口给水由LP3或LP4入口引回回热系统。利用烟气余热加热凝水，使汽轮机抽汽量减少，供电煤耗降低。

2. 改造原因分析

2号机组低低温省煤器模块换热模块2014年投运， 2016年1月份以来，换热模块烟道内换热管逐渐开始泄漏，根据低低温省煤器泄漏后进入内部检查情况分析，模块换热管泄漏主要原因为低低温省煤器增设改造时，现场位置受限，空间狭小，进出口烟道设计布置急转弯，导流板安装受限，烟道内部流场不均，局部烟气流速远超设计值，烟气不均匀冲刷，局部换热管和翅片磨损，冲刷严重处换热管迎风面磨损、磨通泄漏。由于现场低低温省煤器翅片换热管结构特点无法有效处理，只能查明具体漏点位置后在外部进行局部闷堵处理。截止2018年10月，泄漏的低低温省煤器烟气进口侧模块局部闷堵高达56%，造成换热模块可利用的换热面积急剧下降，导致低低温省煤器出口烟气温度上升至120℃左右运行（原设计出口烟温90℃），烟囱入口净烟气烟尘折算均值达到5.8mg/Nm3以上，随着燃烧方式调整、变化烟尘排放时有超过10mg/Nm3上限值并被环保部门考核，给我厂粉尘排放指标控制带来巨大压力，严重影响社会环保信誉。

低低温省煤器模块换热模块磨损图片

低低温省煤器运行烟气温度

低低温省煤器非正常投运时，电除尘烟温达到105℃以上

烟囱入口净烟气烟尘折算4.58mg/Nm3

3. 改造过程说明

2018年因换热模块因磨损、腐蚀、管材缺陷等泄漏封堵，换热率减少高达56％以上并严重超过设计富裕度，出口烟温长期处于120℃以上。故2019年实施完善技术改造，采取以下技术方案优化烟气流场、提高模块自身抗磨性能，减少磨损冲刷，延长模块寿命，保证低低温省煤器正常运行。

3.1、委托上海和衡能源科技发展有限公司对低低温省煤器以及前后烟道采用流体力学软件CFD 进行模拟计算，根据计算结果低低温换热模块入口烟道导流装置和出口烟道转角进行优化，使气流速度均匀化，降低走廊烟气流速，减少烟道死区积灰。

1）低低温换热模块入口烟道导流装置优化

在不改变烟冷器入口前烟道段形状的情况下改装圆弧形导流板，模块前内侧导流板距离模块为410mm，以改善烟道内的烟气流场分布，Y 和Z 方向上的速度偏差已大为减小。

改造后烟道布置图

改造后CFD烟道中心横截面速度场

2）出口烟道转角进行优化

原出口烟道为倒梯形样式，原意是适合烟气流场分布，去除回流区域，但此举使得烟道底部空间十分狭小，且烟冷器底部的气流通道减小，在实际运行过程中，因残余烟气回流区的存在，造成的粉尘聚集很快堆积至烟冷器出口处，继而将下部出口模块埋没，既增加了运行阻力，又降低了整体的换热性能。

原出口烟道纵切面速度云图

现将出口烟道改为矩形样式，扩大下部的烟气出口流通截面，也增加烟道底部的缓冲空间，使烟道底部的回流区域远离烟冷器出口，减小积灰对底部模块的影响。

改进后的出口烟道纵切面速度云图

3.2、换低低温省煤器模块迎风面设置三排防磨假管

低低温省煤器布置于空预器后直角弯道水后的水平段上，在直角弯道处由于烟道外形的急剧转向，导致在这些地方形成了速度场的不均匀，同时由于烟气飞灰浓度较高，且烟气设计流速~10m/s，烟气飞灰对换热器管束的冲刷磨损不可避免，通过增加3 排防磨假管的方法来抵消飞灰的部分动能，减少烟气对有效换热面的冲刷磨损，从而提高低低温省煤器的使用寿命。

3.3、换低低温省煤器模块换热基管圆管改进为椭圆管

本次改造前，根据低低温目前存在问题，充分进行研究、分析，为提高换热效率、降低风阻，本次改造将换热基管换型为椭圆管，有效减少烟气管后涡流现象。

3.4、锅炉低低温省煤器进出水模块间增设混合及分流联箱

原设计低低温省煤器换热单层两组模块采用串联连接方式，单组模块泄漏隔离需同时隔离同层另一组换热器模块并退出运行。我厂电除尘粉尘排放对烟温指标较为敏感：电除尘烟温低于90℃时烟囱入口净烟气烟尘折算0.467mg/Nm3左右，电除尘烟温达到105℃以上时烟囱入口净烟气烟尘折算4.58mg/Nm3，故锅炉低低温省煤器换热模块投入率对粉尘排放指标影响较大。为节省生产费用，依据主设备性能参数不改变原则，针对目前现状综合进行综合分析，在出现异常飞灰磨损造成低低温省煤器换热模块单组泄漏的状况下，尽可能投入换热模块的思路下进行技术改进。对低低温省煤器进出水模块间增设混合及分流联箱、布置隔离阀门，在原低低温省煤器进水模块增加放水管线。通过技术改进将低低温省煤器换热模块改变为可单模块隔离运行方式，方便低低温省煤器换热模块泄漏快速查漏、隔离、检修，若有模块泄漏可以单独实现隔离，而不影响与之串联的另一组模块的正常运行，实现单侧8组模块单组投用、隔离、放水和快速投用功能，提高运行状态下有模块泄漏后的投用率，尽可能保证低低温省煤器出口烟温控制在设计水平，有利于烟尘排放指标的控制。

改造后低低温管线图，红色为新增

4. 改造实施效果

低低温省煤器换热模块技术改造后，大大提升低低温省煤器投用率，甲、乙侧低低温省煤器烟气进出口压差维持在310-380Pa之间波动、低低温省煤器进出口烟气温降＞52℃、低低温省煤器进出口水温上升＞25℃，低低温省煤器出口烟温控制在100℃以下，提升机组粉尘排放控制裕度和运行经济性，并大大延长低低温省煤器换热模块使用寿命，达到技术改进目的。

技术改造后低低温省煤器进出口烟温

低低温省煤器烟气进出口压差

低低温省煤器进出口水温

5. 改造后的经济性

对2号机组低低温省煤器换热模块技术改进后，提高模块换热效率，低低温省煤器进出口水温上升＞25℃，提升机组运行经济性；低低温省煤器烟气进出口风阻下降700Pa，大大降低风机运行电耗。出口烟温控制在100℃以下，年节省检修维护人工费16万元、节省检修维护材料费9.8万元、为控制粉尘排放节省脱硫浆液循环泵投运电费约20万元，年合计节省45.8万元。

6. 结束语

13年起集体范围内兄弟电厂大力推进锅炉低低温省煤器改造，随着运行年限不断加长先后出现模块磨损、低温腐蚀、堵灰后运行阻力上升情况，甚至很多兄弟电厂已废弃，失去原提高机组运行经济性和提升电除尘效率的目的，不仅造成了国有资产的浪费、也引起了生产成本的提高。经过我厂对低低温省煤器技术改进后运行情况来看，恢复原设计参数，整体提升机组运行安全可靠性和经济性，具有行业推广价值。

参考文献：

1. 《华能南京电厂检修规程》

2. 《厂家说明书》