省煤器改造毕业论文 - 图文

目 录

目 录 第一章 绪论 第二章 省煤器的磨损 第一节 省煤器磨损的运行参数影响因素 第二节 省煤器磨损的结构影响因素

第三节 防止省煤器磨损的措施

第三章 膜式

省

煤

8

第一节 膜式省煤器的耐磨机理

第二节 采用膜式省煤器应注意的问题

第四章 xxx热电厂省煤器改造分析 第一节 xxx热电厂省煤器改造背景 第二节 膜式省煤器改造计算

第三节 结论

第五章 结束语 参考文献

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1 2 4 4 5

6

器8 9 10 10 14 19 20

国产超高压锅炉省煤器改造

摘要：本文从xxx热电厂省煤器运行中发生的问题出发，探讨了锅炉省煤器磨损的因素和使用中遇到的问题，包括磨损、换热、布置和对锅炉烟气参数的影响。深入探讨了磨石省煤器的耐磨机理，对xxx热电厂省煤器提出改造方案设计。

第一章 绪论

我国是产煤大国，煤炭资源非常丰富，根据我国的能源政策，火力发电厂应以煤作为主要燃料，且动力用煤应尽量使用低品位劣质煤，加之现有的供煤和佩煤系统由许多不完善之处，电厂锅炉用煤煤质难以保证，锅炉燃煤多变且灰分不断提高，热值不断降低，燃煤总体品味下降使锅炉受热面产生磨损、积灰、结渣、腐蚀等一系列问题，受热面使用寿命降低，锅炉爆管现象频繁。

根据1992年我国火电设备事故统计，当年锅炉事故占全部发电事故的56%，而锅炉四管爆破事故占全部锅炉事故的64.2%，其中省煤器占35.3%，过热器占29.8%，水冷壁占27.8%，再热器占7.1%。产生事故的原因除管材和焊接质量问题外，主要是由于锅炉积灰、结渣、高低温腐蚀、磨损和振动引起[参考文献9]。xxx热电厂4台机组投产16年来由于省煤器泄漏造成的非计划停运每年都有至少1次，在石热电厂每年的非停指标4次的情况下，省煤器事故占有相当高的比率，造成了严重的经济损失。

国外对磨损、积灰、结渣、腐蚀和振动进行了大量的理论研究和实践探索，取得了丰富的研究成果和实践经验，国内有关大专院校和科研单位也正在积极开展研究，这些成果和经验散见于各专业杂志、

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鉴定资料、论文研究报告中。

省煤器是利用锅炉排烟的热量加热锅炉给水的热交换设备，它装在锅炉尾部的垂直烟道中，是锅炉给水的重要加热受热面，在现代锅炉中起到不可忽视的重要作用。省煤器既能提高锅炉给水温度，改善汽包的工作条件；又能降低排烟温度，减少热能损失，提高锅炉热效率，节省燃料。

但是由于省煤器受到含灰气流的冲刷，存在比较严重的飞灰冲蚀磨损。电站锅炉设备事故调整表明省煤器事故占整个锅炉事故相当大的比率，特别是当燃用含灰量较高的劣质燃料时，省煤器事故频繁发生。有资料表明，有的锅炉投产运行才7000小时就发生了省煤器爆管。省煤器的磨损爆漏已经成为当今威胁燃煤锅炉安全运行的主要问题之一。如何在设计、制造、安装、运行等环节减轻磨损，对燃用高灰分煤的锅炉具有普遍的实际意义。

就目前而言，省煤器改造经常出现的类型有采用扩展受热面和安装低压省煤器。采用扩展受热面的主要方法是采用翅片管束或膜式省煤器，主要用以减少省煤器管束的磨损；低压省煤器安装在空气预热器后，主要用以进一步利用锅炉排烟余热，提高锅炉效率。

xxx热电厂4台HG670/140-13YM型锅炉，采用两组非沸腾式省煤器，每组有一个下联箱和两个上联箱，给水通过下联箱进入蛇行管组，加热后进入上联箱，再由4X47根悬吊管进入悬挂管上联箱，通过2X8根连接管将给水引入汽包。

额定负荷时省煤器出口水温为271°C。

自投产运行以来多次发生泄漏，早期的泄漏以安装缺陷为主因，多由于焊接工艺、安装工艺问题造成的未焊透、错口、咬边等缺陷在

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运行中逐渐成为薄弱环节。最近5年的泄漏则以磨损和冲刷为主要原因。[参考文献15]

随着近两年开始的煤炭市场供应紧张局面，特别是最近一年的时间里，xxx热电厂燃煤品种已经完全无法保证在最初设计的大同和小峪烟煤煤种[参考文献14]，来煤渠道由几个矿变成了近百个矿，应用基灰份由基本保持设计灰分的27%变成从25%到近40%变化，平均的灰分在35%左右，这大大加剧了锅炉对流受热面的磨损，最近两年里发生的两次省煤器部分泄漏停炉均是磨损造成的。

为此xxx热电厂拟对省煤器进行改造，重新设计和布置受热面以提高省煤器的耐磨性和使用寿命。

本文从运行参数和结构两个方面简要分析了省煤器磨损的影响因素和防止磨损的一般性措施。重点探讨了膜式省煤器的耐磨机理，提出了xxx热电厂省煤器改造的初步设计方案。

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第二章 省煤器的磨损

第一节 省煤器磨损的运行参数影响因素

影响省煤器磨损量的运行参数有很多，下面逐一论述。 1． 烟气速度。飞灰磨损量和烟气速度成n次方成正比。实验结果表明，冲蚀量与烟气速度Vg存在下述关系，

E∝Vgn

其n值大小与灰粒的性质、浓度和粒度有关，有关各类试验资料表明n>3，在9-40m/s范围内，n=3.3---4.0，低速时可取n值下限。磨损量和烟气速度成的n次方的关系可解释为：冲蚀之所以产生，关键在于灰粒具有动能，颗粒动能与其速度的平方成正比，不但如此，磨损还和灰浓度（灰浓度又与速度的一次方成正比）、灰粒撞击频率因子和灰粒对被磨损物体的相对速度有关，因而可以近似认为磨损量与烟气速度的3次方成正比，烟气速度的提高，会促使上述有关因素的作用加强，从而导致磨损的迅速发展。[参考文献9]

2． 气流湍流度。气流绕过管子后，形成强烈的尾迹漩涡区，因此气流的湍化更加强烈了，尾迹内的湍流强度比来流的湍流强度高得多，气流的脉动速度增加从而增大了颗粒湍流扩散的作用，致使一部分本应和壁面碰撞的颗粒受湍流脉动的影响而远离壁面，所以碰撞因子下降，冲蚀磨损量也随之减少。[参考文献10]

3． 管子倾斜布置。当管子的倾斜角增大时，管子的飞灰磨损量是先增大后减小的；其磨损量最大值出现在倾斜角为38°时，之后逐渐降低，至60°时已和不倾斜管一样，当倾角>60°时磨损量变得比不倾斜时还要低。

4． 灰粒直径。灰粒直径增大时，管子的磨损量增加，但当灰粒直

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径达到某一临界值后再增大，管子的磨损量变化趋于缓慢。一般认为在相同的颗粒浓度下，颗粒的直径越大，单位体积内颗粒数越少，虽然大颗粒冲击管壁的磨损能力较大，但由于冲击到壁面的总的颗粒数降低，故材料的磨损量仍然变化不大。

5． 管壁材料。被磨材料的磨损不仅与颗粒的硬度有关，也与被磨材料的硬度和HD 与灰粒硬度HP的比值，当HD/HP〉0.5—0.8时，增加被磨材料的硬度，磨损量会迅速下降。

6． 烟气温度的影响。烟气温度的变化在灰粒软化温度以下时对飞灰本身的磨损性不产生影响。但是在不同的温度范围，金属表面的氧化膜组成会发生变化，不同的氧化膜的厚度和硬度不同，只有当烟速大于某个临界速度后，飞灰颗粒的作用足以破坏氧化膜层后，金属表面才开始产生磨损。临界速度随金属强度和氧化膜组成的变化而变化。氧化膜的厚度还将随着时间的增加而增加，因此，当管子氧化膜的形成速度大于飞灰对于管壁的磨损速度时，则对流受热面的磨损仅磨掉了氧化膜。

7． 烟气成分的影响。由于烟气中常有一些腐蚀性气体如SO2、SO3、H2S等，在250°C以下烟温时这些腐蚀性气体会对壁面产生腐蚀作用，即使在300°C以上壁温时，烟气中的O2、SO2和壁面的氧化铁层作用仍会产生SO3，并腐蚀管壁，这些腐蚀产物容易被灰粒冲掉，有关实验材料表明，在有腐蚀性气氛的烟气中比中性烟气的磨损速度快4-5倍，但我没有找到更多的定量研究材料。

第二节 省煤器磨损的结构影响因素

工程上对省煤器飞灰磨损影响比较大的结构因素为：管束相对间距，受热面布置，烟气走廊，烟气流向，管束布置方式。

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1. 管束相对间距

当管节距与管径之比S1/d减小时，灰粒在管间流动的平均速度与进入管束前的平均速度之比Vp/Vp0增大，也就是说灰粒在流入管束后，随着向前流动不断被加速，而且，S1/d越小，灰粒被加速得越强烈。

根据锅炉热力计算标准中推荐使用的管壁磨损公式可知：

E=aMμkμτ(kvvg)3.3R902/3(1/2.85 kD) 3.3[(S1-d)/S1]2

(a为考虑灰的磨损特性系数，通常取a=14*10-9mm*s3/（gh）；μ为飞灰浓度g/m3；kμ和kv为飞灰浓度场和烟气速度场的不均匀系数，Π型布置的锅炉kμ=1.6，kv=1.6，τ为管子的运行周期；kD为在锅炉铭牌出力下的烟气计算速度；R90位在90μm筛子上的飞灰剩余量；M为管材的抗磨系数，对于碳钢M=1；vg为最窄截面上的烟速。) 2. 烟气走廊

烟气在走廊里是加速运动的，根据石热电厂1998年对低温再热器和省煤器处烟气走廊流速初步测试发现省煤器出口处的烟速达到了入口烟速1.8倍。[参考文献13]

烟气走廊中的烟气既来自走廊进口断面，也来自横向流动烟气，而烟气走廊中的速度增长率取决于横向流动。为了改善烟气走廊对飞灰磨损的影响，就需要从改善走廊进口条件和横向流动两方面入手，降低烟气走廊的宽度和进口断面流速的不均匀程度，降低管束与烟气走廊之间产生的静压差可减轻飞灰磨损。 3. 烟气流向

烟气由上而下流动时由于烟气中的颗粒受重力作用不断加速，从而加剧了对受热面的冲蚀磨损。相反，烟气由下而上流动时受重力的反作用颗粒的速度会有所降低，降低了碰撞速度，所产生的飞

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灰磨损要轻。

4. 管束布置方式（错列管束与顺列管束）

在布置省煤器管束时，管排布置方式有两种，即顺列布置和错列布置。顺列管束的第一排管在相同条件下与单管的飞灰磨损量相差不大，而对于顺列管束的第二排管束来说，由于第一排管束的阻挡作用，第二排管子的飞灰磨损较之第一排管要轻。当飞灰颗粒直径增大时，和第二排管子碰撞的颗粒就增多，顺列管束各排管的飞灰磨损量是增加的。

对于错列管来说，由于第一排管束对第二排管束起不到保护作用，而且通过第一排管束的引拽，灰粒在流经第一排管束而撞击达到第二排管束之前速度又有所增加，对于小颗粒来说较少和第一排管子相碰撞但是几乎全都和第二排管子相碰撞，所以错列管束第二排管的飞灰磨损量比第一排管束大的多。

在相同的条件下，错列管束与顺列管束第一排管的飞灰磨损规律基本一致，在同一来流速度下颗粒越大磨损越大，而当来流速度一定时，颗粒越大则磨损量也越大。错列管束的第二排管子磨损量大于第一排管子。

实践证明，在xxx热电厂省煤器发生的磨损爆管现象中，很大一部分比例是由于第二排以下的管子变形出排形成错列布置而被冲刷减薄爆管的。

第三节 防止省煤器磨损的措施

根据上述影响省煤器磨损的因素，一般有以下对策： 1． 设计合理的烟速

根据设计要求，通常希望管子有10万小时的运行寿命，省煤

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器的管子规格为Φ32x4mm，材料20G，设计壁厚余量2mm，年磨损量<0.2mm/a。首先，确定飞灰的平均粒径d。

假设在进入管束前烟气速度均布，用vg0表示，进入管束后，由于横向节距的影响，烟气平均速度增加为：

vg= vg0S1/(S1-d)

假定颗粒在进入管束前的平均速度为vp0= vg0± vt, vt为颗粒的终端沉降速度。

设未撞到第二排管子上的颗粒速度为vp1，撞到第一排管子反弹至第二排管子上的颗粒速度为vp2，通常vp2< vp1，撞击在第二排管子上的颗粒速度为vpa，则vpa应由vp1，vp2混合组成并和粒径、节距S1、S2有关，取ψ1= vp1 /vp2，ψ1可查图[参考文献9]。

当S1/d≤2时，最大局部磨损发生在错列第二排上，但是当S1/d〉2时，部分颗粒可能既没有碰到第一排管子也没有碰到第二排管子，有足够的加速时间，致使颗粒速度vp〉vpa，从而引起最大局部磨损后退的结果，ψ2= vpa /vp，随S1/d的变化可在相关文献里查到。

令k= vp1 /vp0则根据允许的颗粒碰撞速度vp（根据允许的磨损量计算公式求出）和vg= vg0S1/(S1-d)可以求出管间允许的烟气流速为：

vg= (vpψ1ψ2/k± vt) S1/(S1-d)

其中，k=1/m[lg (S1/ d)]p [参

考文献9]

如果知道允许的管子最大磨损厚度和要求的运行时间，则飞灰碰撞速度vp不应大于：vp≤ [Emax/ (aMμkμCdCβCtμτ)]1/n kD /kv [参考文献9]

然后反求管间允许烟速。

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2． 减小烟气走廊，在省煤器前后加疏型板或疏形管，增加烟气走廊出入口阻力，降低进入烟气走廊的烟气数量。

3． 降低速度不均系数和浓度不均情况。局部烟速过高的磨损使管子泄漏爆管，所以要改善磨损，一定要使速度场尽可能的均匀，也就是说要使烟气流动阻力均匀，否则，即使平均烟速降低对减轻磨损的作用也不大。因此，在烟道转弯处加装导向板。 4． 增加S1/ d。

5． 对省煤器的弯头和第一排管子加装护板或护套、假管等。 6． 控制锅炉漏风、氧量和炉膛负压，控制煤粉细度。以降低尾部烟

气流速、腐蚀速度。

7． 减少管束阻力如：采用顺列管束、加大横向节距、加大管径等。 8． 管子表面进行热处理、喷涂、堆焊等工艺或局部使用防磨涂料。 9． 使用翅片管是一种简单有效的防磨措施。单翅管能防磨原因在于单翅管的传热性能优于光管，使用单翅管就有可能降低烟气流速，因此使用单翅管可以大大减轻飞灰对省煤器的磨损。翅片管的相对高度h/d(翅片高度和管径的比值)越大，使用翅片管的防磨效果就越好，而翅片的厚度对防磨的效果并无影响。翅片管存在着安装准确性以及积灰等问题。

10． 采用膜式省煤器。膜式省煤器防磨原因：

6.1 膜式省煤器可以稳定气流，从而减轻灰粒对管束的磨损； 6.2 膜式省煤器中气流在金属壁面将形成稳定的层流底层，从而

起到保护管壁的作用；

6.3 金属膜片的存在，干扰了因烟气绕流而在管子背面所产生的

局部负压的形成，使靠近管壁的灰浓度下降，减轻了管壁的积灰；

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6.4 膜片使灰粒向流道中心集中，从而减轻飞灰磨损； 6.5 使用膜式省煤器可以降低烟气流速。膜式省煤器具有多种形

式，从经济因素考虑，使用带“假管”膜板的膜式省煤器最合适，但由于带“假管式”膜板的膜式省煤在传热及热应力方面存在一定问题，制造工艺也较复杂，因此建议使用常用的带平膜板的膜式省煤器。[参考文献6]

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第二章 膜式省煤器

第一节 膜式省煤器的耐磨机理

省煤器的磨损泄漏是燃煤锅炉运行中经常发生的事故。从多年的运行实践看，一般来说，对于常见的П型锅炉，在管材与煤灰特性一定的情况下，省煤器管壁的磨损主要与通过受热面的烟速及结构布置等因素有关，结构的合理与否又会影响到烟气流速场的均匀分布。国内外研究的资料表明，管壁的磨损量与烟速的3～3.5次方成正比。为此国内锅炉一般将设计烟速控制在9～11 m/s以下，以减轻省煤器的磨损。在设计烟速合理甚至较低的情况下，如果烟道内烟气流速场呈现不均匀分布，导致局部烟速过大时，仍然会造成受热面的严重磨损，这正是影响光管省煤器管壁耐磨损寿命的关键因素，而膜式省煤器，鉴于其结构特点，可以从某种程度上改变这种状况。

膜式省煤器如图1所示。增加了膜板后即等于增加了受热面，从而可以减少管数，因此在相同的烟道截面下，可降低烟速，从而明显地减轻受热面的磨损。据有关资料显示，在保持吸热量不变的前提下，采用膜式省煤器可以减少25%排左右的管数，从而使烟气速度降低7.2%以上，则若按磨损速度与烟速3次方推算，磨损速度为光管时的0.8倍，即寿命延长25%左右。[参考文献9]

从结构上看，膜式省煤器的管排将整个烟道割成纵向的、一系列小的烟气通道，客观上起到了匀布烟气流速场的作用，从而可以改善局部烟速过高所导致的局部磨损严重现象；另一方面，烟气近似在水力半径不变的流道中流动，由于金属壁面粗糙度和烟气的粘性作用，在金属壁形成一个稳定的附面层，由于附面层的存在，灰粒对金属面

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的冲击能量显著降低，从而减轻对受热面的磨损。

当烟气流经省煤器管突出翅片1/2d部位时，烟气发生绕流，由于灰粒质量大于烟气质量，在绕流过程中，灰粒在水平方向发生位移，浓度趋向流道中间集中，上述恰是膜式省煤器较光管省煤器耐磨的机理所在。[参考文献12]

图1 直鳍片膜式省煤器示意

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第二节 采用膜式省煤器的应注意的问题

由于采用膜式省煤器是为了提高受热面的耐磨能力，所以应从热力参数上不发生较大变动为原则来确定改造后的结构，并满足刚度及强度等要求。省煤器的进出口水温、烟温不应有较大变化，省煤器的烟气和水阻力应在光管省煤器的设计范围内。省煤器的设计磨损量一般<0.2mm/a。

光管省煤器改为膜式省煤器，烟速降低，减少了交叉流动对管子的冲刷，使扰动减小，其管壁污染系数也不同于光管顺列布置管束。从一般资料看，其管壁污染系数比光管顺列的要高，但比旋转肋片管式的要低的多。因此，设计计算时，必须选择合适的管壁污染系数，以取得准确的传热系数K值，达到设计要求。

膜式省煤器的改造必须防止泄漏，保证锅炉的安全运行。因此，改造时，必须符合相应的标准。要保证质量首先应把握原材料的检验，进行100%探伤，防止不合格材料影响管子的质量；应保证管子下料、打坡口、弯管等工序的质量及膜片焊接的质量；在膜式管排的制作中，应编制详细的制作工艺流程，确保管排制作中弯管、焊口质量及管排的平面度；要保证通球及水压试验合格。对焊口进行100%射线检查，确保无漏焊、气孔、夹渣、未焊透、咬边、撅口等焊接缺陷，并做好质量检验记录。只有确保每道工序的质量，才能保证整个管排的质量。

由于膜式管排与光管管排刚度较大，弹性补偿能力较低，因此组排联箱安装时，焊接管口较困难。要求安装对口时，切忌强制安装而产生预应力。应减少起重、运输中的变形，注意省煤器标准排的定位，找正时应保证管排间距。[参考文献2]

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第四章 xxx热电厂省煤器改造分析

第一节 xxx热电厂省煤器改造背景

xxx热电厂4台HG670/140-13YM型锅炉，采用两组非沸腾式省煤器，每组有一个下联箱和两个上联箱，给水通过下联箱进入蛇行管组，加热后进入上联箱，再由4X47根悬吊管进入悬挂管上联箱，通过2X8根连接管将给水引入汽包。额定负荷时省煤器出口水温为271°C。

如前所述，自投产以来的泄漏，早期以安装缺陷为主因而近期则以磨损和冲刷为主要原因。[参考文献15]

由于近两年开始的煤炭市场供应紧张造成石热电厂燃煤品味无法保证，灰分急剧波动，加剧了锅炉对流受热面的磨损，最近两年里发生的两次省煤器部分泄漏停炉均是磨损造成的。

下表仅统计了2001年之前石热电厂省煤器爆管、泄漏、检修等情况的统计从中我们可以看出省煤器的泄漏事故是较频繁的。

北京京能热电股份有限公司省煤器检修事件统计

工检修作日期 设备 性质 内容 一号炉 金2000-6-省煤2~6-21 器 大修 相检查 15 / 33

细节 发现问题 处理情况 213204焊口 213204更换350mm，105204补焊。 32X4，20#G。 不合格，105204磨损泄漏。

17702近上联17701换1500mm,17702换箱管座处焊口省煤器左17702、1600mm，17801换1997.6.省煤泄泄漏，将抢修 17701。38X4，1500mm，17802换9 器 漏 17701冲薄爆20#G。 2000mm。17702电管。17801、焊，17701、17801、17802冲薄。 17802氧气焊 右侧208204，205004靠右包墙1996.5.省煤27 器 小修 更侧磨损单侧减薄换 1.5mm，分别从出入口联箱加堵，规格23.8X30mm 17702#爆管，1990.8.省煤10 器 抢修 更管子规格38*4材17701#靠近上换 质20 联箱管座焊道处泄露 99-10-2省煤停炉更0 108803，更换一 磨损泄漏 加堵 段U型管，108004磨损泄漏 器 检查 换 更换短节450mm 省煤器左中99-10-1省煤6 器 抢修 换管 108904距弯头100mm处焊口下部接头。32X4，20#G。 16 / 33

原焊接质量问题，砂眼。

省煤器右侧入省煤省煤器右侧，口联箱23排省煤器换管1997.8.1 泄38X4，20#G。右第一根，泄漏。器、抢修 300mm，包墙打磨漏 包墙，51x5.5，右包墙第138包墙 补焊。 20#G。 根下部集箱管座焊口沙眼。 省煤补焊 泄露处换300mm长直管段，包墙过热器打磨补焊 213204焊口32X4，20#G。 不合格，105204磨损泄漏。 省煤器左中 213204更换350mm，105204补焊。 磨损泄漏 90-8-10 器、抢修 包墙 二号炉 金00-4-4~省煤7-8 器 大修 相检查 97-9-8~省煤9-9 器 抢修 换管 108904距弯头100mm处焊口下部接头。32X4，20#G。 原焊接质量问题，砂眼。 17702近上联17701换箱管座处焊口1500mm,17702换省煤器左17702、1994-4-省煤泄泄漏，将1600mm，17801换抢修 17701。38X4，27~4-29 器 漏 17701冲薄爆1500mm，17802换20#G。 管。17801、2000mm。17702电17802冲薄。 焊，17701、17801、 17 / 33

17802氧气焊 取省煤监99-5-13 大修 更换2节0.5米器 视短节 管 #2省煤气左侧第1139、2139根无 无 11406，11405打11406焊口砂99-6-26省煤~629 器 抢修 换磨补焊。右侧眼将其他管子补焊及更换短节 管 11901，11902，滋伤，1180411803，11804更换短节 左09604、右磨损泄漏 96-3-18省煤~3-21 器 抢修 爆11205磨损，滋伤左09605、09503磨损泄漏 更换短节 管 右11206.11104，更换短节 右07804距弯头200毫米爆管、右05804、06004、96-3-12省煤~3-15 器 抢修 爆07404、08004、烟气磨损造成管 09804、11205、05605、左05204、09604、12604、14102磨损，全更 18 / 33

爆管 更换短节

换短节 三号炉 将213913， 96.11.1省煤3 器 更214113，214313#焊接工艺不换 管泄露处更换短良，焊口泄露 节 四号炉 2001.4.21.-5.11 省煤器 更改 特项 监视管改门弯 省煤96.2.11 器 更换 更换短节2137，250mm;2139,300mm 磨损泄漏 省煤99.9.14 器 焊口对接时错212113，212513，更口焊接，熔和 212514更换短节换 不好，焊接工重新焊接 艺差

设计煤种分析如下[参考文献17] 名称 项目 工业全水份 符号 Mt 19 / 33

单位 % 设计煤种 校核煤种 8.1 8.23 分析 内在水份 灰份 挥发份 低位发热量 高位发热量 碳 氢 元素分析 氧 氮 硫 灰熔点 / / / Minh Aar Vdaf Qnet.ar % % % 大卡/公斤 % % % % % ℃ ℃ ℃ 1.47 26.24 27.13 4700 2.80 29.61 36.23 4410 Car Har Oar Nar Star DT ST FT 51.44 3.35 9.86 0.60 0.41 ＞1500 ＞1500 ＞1500 47.25 3.54 9.99 0.78 0.96 ＞1500 ＞1500 ＞1500 原省煤器设计热力数据如下表[参考文献14]

改造前热力计算数据 烟气进工质进工质进/烟气/工质 温传热系对流辐射传热传热量量口/出/出口出口压工质平质量压℃ 数口温温度℃ 力Mpa 均流速流速m/s kg/m2kj/m2h℃ 度℃ kj/kg kj/kg s 112 156.0 168.7 1029 省煤562/45器 8 314/394 2.5/2.451 8.7/11.7 20 / 33

在历年的检修工作中，石热电厂采取了多种措施来防止和减缓对流受热面的磨损，如对低温再热器和省煤器第一排管子加装防磨护板；对省煤器穿墙管根部采用防磨涂料、加防磨护套；对于由于变形而出排的管排采用插管固定，强制入排；在烟道侧墙处省煤器的烟器走廊出入口加均流板等手段，而在最近1年的4台机组临检中仍然发现对流受热面磨损的痕迹和程度有明显增加，由于石热锅炉省煤器是高低排布置，造成高排第二排管子与低排第一根管子类似于错列布置，加剧了磨损，防磨护板在运行中变形离开第一排管子后造成了局部流通截面变化，反而使下排管子的磨损加剧。历年磨损泄漏的管子因为节距太小，无法施焊恢复，只能采用割除和加堵等消极处理方法。有的锅炉加堵的管子数量已经达到10余根。

主要磨损情况和部位集中在低温再热器和省煤器的出排管子。 考虑到石热电厂最早投产的机组已经运行16年，基本接近省煤器设计寿命，xxx热电厂拟对省煤器进行改造，为此，重新设计和布置受热面以提高省煤器的耐磨性和使用寿命。

根据前面的论述，考虑改造的方向以降低烟速达到防磨目的，不考虑热力系统其他的改造，因此，省煤器工质的参数应该遵循改造之前的数据，基本保持出入口烟温和水温不做大幅调整。另外由于省煤器处吹灰设施老化，不能正常投用，要避免改造后积灰现象加重。由于膜式省煤器在减轻烟气中灰粒对管子磨损方面有明显优势，而且膜式结构能疏理烟气流，减少烟气窜流和扰流，减轻灰粒对管子某些部位撞击磨损量，因此，考虑采用膜式省煤器来代替原来的光管省煤器。

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第二节 膜式省煤器改造计算

一 设计基本条件

1． 锅炉参数和设计煤质资料，详见下表（锅炉热力计算汇总表）[参

考文献14]。

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2． 省煤器分左右两组布置，新省煤器入口集箱进水管接口尺寸与原进水管接口尺寸一致，新省煤器出口集箱短管尺寸与省煤器悬吊管接口尺寸相符合，新省煤器集箱标高与原集箱一致，新省煤器设计的各项参数与原设计参数相符合，并能满足机组安全、经济运行。 二 省煤器改造后的性能应保证：

1． 锅炉暂按燃用原设计煤种，省煤器进出口水温、烟温、省煤器烟气和水阻均在原设计范围内。 2． 省煤器管设计磨损量<0.2mm/a。 三 省煤器系统改造说明 1．省煤器防磨装置

为了防止烟气流对管子的磨损，在膜式省煤器无鳍片处加防磨板。防磨盖板σ=2mm，材料：1Cr20Ni4Si2 (或1Cr18NiTi)。

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2．省煤器集箱

炉内省煤器上集箱4个，下集箱2个更换。 规格为Φ273×32mm，材料：20G。 3．省煤器蛇形管固定

每片省煤器鳍片管束用钢板吊在集箱下面（详见附图）。片与片之间几处用梳形板定位，保证蛇行管束之间距离。改造后省煤器系统荷重比原来增加10%，在吊管及悬吊架设计余量25%之内。 四 附图

1．省煤器管屏 JND-001

2．省煤器管屏 JND-002

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五 膜式省煤器几何尺寸计算 排列方式 管子规格 每排管子数 — — — — 顺列 逆流 Φ32×4 2 143×2 （原为158x2） 管子纵向排Z2 数 管子横向节S1 距 管子纵向节S2 距 比值

d×s mm n 管子横向排Z1 数 — 10(原为14） mm — 66(原为60) mm — 90(原为66) σ1 S1/d 26 / 33

66/32 2.063 比值 鳍片厚度 鳍片高度 管子长度 鳍片长度 管子面积 σ2 b h LTP Lpσ HTP mm mm m m S2/d — — — — 90/32 2.815 4 29×2 5.7 5.29 m2 n(πLTPd-2bLp(3.14×0.032×1518 σ) *Z1* Z2 5.7-0.004×5.292) ×2×143×10 鳍片面积 Hpσ m2 2h*Lpσ*Z1*Z2 2×2×2×5.29×1755 0.029×2×143×10 计算面积 Hj m2 HTP + Hpσ m2 HTP?dBH ?D?2B1518+1755 1518??0.024 ??0.032?2?0.0043273 123.7 内表面流通Hbh 面积 烟气通道面F 积 m2 — 5.83×2×9.55×59.2 -2×143×0.032×5.7 水流通面积 f m2 — 2×2×143×0.0242 ?×0.259 4 表1 膜式省煤器几何尺寸计算 六 膜式省煤器热力计算 进口烟温 出口烟温 θ′ ℃ 见热力计算总表 见热力计算总表 27 / 33

461 397 θ″ ℃ 进口水温 出口水温 平均烟温 吸热量 t′ t″ tcp Qσ ″ ℃ ℃ ℃ Kcal/kg — Nm3/kg — — g/Nm3 Nm3/kg Kg/h m/s m/s 见热力计算总表 见热力计算总表 0.5(θ′+θ″) 见热力计算总表 见热力计算总表 烟气特性 见热力计算总表 见热力计算总表 见热力计算总表 见热力计算总表 见热力计算总表 BpV(gcp?273) 3600?F?273DV 0.259f249.4 271 429 157 1.25 6.869 0.084 0.224 35.55 5.1461 635000 86 0.854 48.2 0.0078 6.380 0.0854 出口过剩空气系数 а烟气体积 H2O容积比 Vr rH2O 三原子气体容积比 rn 飞灰浓度 理论空气量 水流量 烟气速度 水流速度 对流放热系数 污染系数 μ V0 D wr WB а? z k Kcal/m2h℃ [参考文献16] m2h℃/kcal [参考文献16] Kcal/ m2h℃ [参考文献16] m 4管壁对水放热系数 а有效辐射层厚度 s 0.9d??1?2?14??1?d× 沾污壁温 烟气重量 tz Gr ℃ kg/kg tcp+(?+11－а”?2HjBpQ)HBHHj 301 Aardgh100Gr+1.3069.13 V0 0.0267 飞灰浓度 μη Kg/kg Aardgh100Gr 28 / 33

乘积 Pns mata — rns [参考文献16] 0.019 4.8 三原子气体辐射减KT 弱系数 灰粒气体辐射减弱Kn 系数 烟气黑度 辐射放热系数 鳍片有效系数 导热系数 a αE λ Λ — [参考文献16] 12.5 — 1－e-kps 0.113 5.4 0.84 Kcal/ m2h℃ αHa — — [参考文献16] ,t=260+100 [参考37 文献16] 烟气侧放热系数 传热系数 吸热量 误差 аK Qm mp Kcal/ m2h℃ [参考文献16] — Kcal/kg % [参考文献16] K?tH BP49.4 32.7 172.6 +3 △Q QT/Qσ×100－100 表2 膜式省煤器热力计算

第三节 结论

省煤器设计前、后主要热力数据对比 参数名称 改造前的光管省煤改造后的膜式省煤器 入口给水温度 出口给水温度 入口烟温 出口烟温 249.4 271 461 397 29 / 33

器 249.4 271 461 397 烟速 水速 横向管排数/排 纵向管排数/排 横向节距/mm 纵向节距/mm 管子规格/mm 鳍片厚度/mm 光管传热面积/m2 膜片传热面积/m2 受热面 传热系数 沾污壁温/℃ 烟气速度/（m/s）

9.6 0.78 158 14 60 66 Φ32×4 0 2143 0 2142.9 47.8 360 9.6 8.6 0.854 143 10 66 90 Φ32×4 4 1518 1755 3273 32.7 301 8.6 通过上表，新设计的膜式省煤器，烟气流速下降了近1m/s，由于管壁的磨损量与烟气流速的3～3.5次方成正比，按3次方估算，改造后的磨损速度使原来的72%，设计寿命是原管排的1.38倍。

所以降低烟气流速可以有效的减轻磨损；且膜式省煤器本身结构还能疏理烟气流，减少烟气的窜流和扰流，减轻烟气中灰粒对管子某些部位的撞击，把对管壁的磨损量降到最低。

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第五章 结束语

通过本次毕业设计，使我对省煤器的磨损原因和改造方案有了基本的了解。我认为省煤器的改造主要遵循以下几点：根据需要选择省煤器的合理型式和布置方式，使烟速分布趋于均匀，消除烟气走廊，防止局部烟气过高；加装防磨装置或喷涂防磨涂料；在炉内加装除尘装置，降低烟气中飞灰浓度；还有近些年提出的采用扩展受热面的方法，来达到减轻磨损的目的。

如果不对锅炉系统进行较大规模的改动，则降低省煤器烟气流速以减轻磨损的方法主要是采用扩展受热面，但同时要避免积灰的产生。单翅片管束效果类似于膜式省煤器；多翅片管束则容易产生积灰的倾向，螺旋肋片省煤器积灰倾向更严重，对翅片间距的要求较严格，这两种省煤器管束虽然在传热上较膜式省煤器好一些，但是据我了解曾经改造过的电厂几乎都遇到了同样的问题，一是级灰严重难以清除法呢影响了换热，二是发生泄漏后难以处理。特别是螺旋肋片管束，因为制造工艺式采用绕翅片融焊方法，对母材的伤害较严重，较容易发生泄漏。有的电厂已经开始考虑改回光管或膜式省煤器了。

由于本人的学识浅薄，在本课题上经验也非常之少，因此本文的叙述中必有谬误指出，还往各位老师指正。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tjd8.html