摘要：本文以电站锅炉设备的省煤器结构为研究对象，对其改造设计的应用方法进行分析。在介绍锅炉省煤器设备基本结构的同时，说明实际生产操作中的故障形成原因。通过对具体电站案例的介绍，引出省煤器改造设计的执行方法策略，并在结构改动、传热面积与荷重改造、水侧阻力、传热预测等技术方案中，说明具体锅炉省煤器的改造处理方法，为相关技术研究与设备实践管理提供参考材料。
关键词：锅炉；省煤器；设计改造
引言：电站的生产活动中，省煤器设备是重要的功能结构，在电力生产的过程中发挥着至关重要的作用。在技术管理中，务必要立足安全生产，尽可能地保证电力生产活动的稳定性，并在改造设计的过程中，提高设备的使用水平。而为了实现这一技术改造目标，应对省煤器结构的基本结构做出说明，以便对其设备的应用条件产生更加深入的了解，在系统性结构的理论支撑下，补充技术应用条件。
一、锅炉省煤器基本结构
锅炉省煤器，通过对锅炉尾部烟气热量的应用，完成对于给水的加热，体现自身热交换装置的基本应用价值。在这一设备使用中，可以降低生产活动中的烟气排放温度，并在优化锅炉热效率的过程中，达到省媒效果。同时，通过这一设备结构的使用，还可以在替代蒸发受热面，以此降低锅炉初期投资。另外，省煤器设备的使用，能够降低气包热应力，达到优化气包运行效果的作用。由此，省煤器结构凭借自身的各项优势应用条件，成为了现代锅炉设备中，不可替代的重要功能结构。
省煤器设备的使用，通常被设置在对流烟道中，并通过管圈的水平放置，优化其排水条件。在这一技术条件下，可使水流始终保持自下而上的流动条件，并在排除空气的过程中，降低出现局部氧腐蚀问题。当而区别于水流动方向，烟气始终处于自上而下的流动状态，在优化吹灰效果的同时，也可以扩大传热温差，以此，保证自身功能性内容的优化[1]。为了使整体传热效果得到强化，则可在提高结构紧凑性的过程中，对省煤器设备进行结构补强，在鳍片管、肋片管、膜式受热面等结构的支撑下，将金属耗量与通风耗量维持在相同状态下，增加受热面积。
二、故障成因分析
导致省煤器故障的原因多种多样，但在实际操作经验的归纳总结下，可以将其法制分为以下几种类型。其一，设计因素。在锅炉设备的设计中，存在技术条件上的缺陷问题，尤其在四角切圆燃烧方式上，带有自身固有的缺陷问题，当四角切圆燃烧时，会在炉内旋转上升的气流影响中，进入对流烟道，并在旋转残余条件下，引发烟道两侧烟速差及烟温差。由此，造成烟道内部热负荷出现分布不均问题，并在烟气达到省煤器后，产生烟道走廊，并引发爆管事故。同时，设计上的不合理内容，还集中体现在烟速状态上，由于烟速设计数据较高，会增加设备的磨损问题，反之，如果烟速的流动速率过低，还会出现管壁上沉积飞灰的问题。这两种条件，都会对整体管道的运行安全造成负面影响。通常情况下，会对锅炉烟速进行调整，使其维持在7-13m/s的区间内，并根据煤炭中灰分条件的多少，选择具体数值。其中，高灰分条件下，采用低烟速数值，而低灰分条件下，则需取高烟速数值。
其二，省煤器设备在制造与安装过程中，也会产生风险性问题。而这种问题首先体现在管道本身的质量缺陷上。由于管道设备在生产中自带折叠缺陷，或是存在分层、夹渣等问题，在携带故障缺陷运行的过程中，就会增加故障概，并在问题不断扩大的影响条件下，造成严重危害[2]。从安装角度出发，如果没有按照具体图纸内容完成安装施工，则会导致半径弯曲，并使管壁拉伸变薄，增加爆管风险。另外，安装过程中的焊接处理上，也容易埋藏安全隐患，并在带有折叠缺陷、夹杂非金属物质等问题上，带来安全风险。
其三，运行过程中，由于多种技术条件的影响，也会增加省煤器的运行风险，并降低设备系统的安全性状态。其中，给水品质不良、燃烧煤种不合理、受热面外表面积灰、管束振荡变形、吹灰器无法正常运行等问题，都是带来安全隐患的影响条件，需要得到技术管理的关注与维护，以此保证运行状态的稳定性，并维持整体结构的管理。
三、案例电站锅炉运行状态介绍
为了更好地说明锅炉省煤器的改良设计，本文引用黄台电站7#机组，作为应用案例，在对其基础技术条件与运行状态进行分析的过程中，说明机组在使用中存在的具体问题，并由此提出针对性的改造方案。
该机组于本世纪初投产，为300MW机组。其使用的汽轮机技术，是我国早期技术的代表，经济性相对较差，汽耗水平相对较高。机组结构中，使用1025t/h锅炉作为配套设置，并在下降系统中，设置了三台KSB炉水循环泵，锅炉的额定蒸发量维持在970t/h。省煤器设备，将烟气热量加热锅炉给水热交换设备作为基础，在布置锅炉垂直烟道的同时，把省煤器设置在蒸发器之下，以此保证技术管理效果。
设备使用中，由于媒质的变化，诱发了多种类型的技术故障，并使设备的整体性能明显下降，设置在四角切圆锅炉的水冷壁出现高温腐蚀加剧的现象，并对排烟温度造成影响。同时，有管道积灰问题也十分明显，该设备在运行中排烟温度始终维持在160℃，由于省煤器吸热量的减少，导致锅炉效率明显下降，并增加了废弃的产生条件，造成了燃料的过度消耗与浪费[3]。另外，改机组在使用过程中，排烟温度明显超出了预先设定的技术管理标准。由于持续运行时间远远超出了10万小时，已经临近运行设计寿命，出现了大量的渗漏问题。尤其在省煤器设计壁厚余量上，明显缩小的厚度数值与较小的弯曲半径，都增加了加工缺陷问题的严重性，并消耗着电站的维修成本。
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四、省煤器改造设计执行方案
针对黄台电站7#机组的运行条件，需要对省煤器设备进行系统改造，并在分析执行方案的过程中，形成具体的技术应用内容，以此保证整体设备升级设计的执行效果，在处理具体运行问题的同时，保证设备机组的正常使用条件。
（一）结构改动方案
通过对具体故障问题的分析，在准备多项结构改动设计方案的基础上，对其应用内容进行逐一排查，并在更换全部受热面的处理上，替换原有顺列管束，使其形成错列状态，将50%管圈进行下落处理，下落参数调整为55mm。同时，纵向结构上，将原有的4×4管圈的14排结构，调整为4×5管圈的20排结构，保证肋片高度与厚度数值不发生变化的基础上，使传热面积有所提升，并缩减管圈数量的增长比例。在出入口联箱与管子连接的处理上，也保持原有技术应用方案不变，在满足管束两端保护需求的前提下，延长新增加管圈的长度数值，使其两端各延长0.5m。另外，还需在联箱两端进行调整，使中间入空位置得到连接管的特殊处理，以此保证整体结构改动的合理性状态。
（二）传热面积与荷重改造
传热面积与荷重改造条件下，需要将光管总长度增加原有长度的20%，并使省煤器管圈的重量提高30%。由此，保证带水总载荷重量增加25%，并在尾部受热面的调整上，使其悬吊管载荷条件提高4%。在这一条件下，使光管的传热面积增加23%，且肋片传热面积提高40%，甚至在管圈烟气侧的总传热面积上，也提高了原有传热面积的37%。
系统结构的管圈调整上，将4管圈调整为5管圈，其鳍片间距缩减到了1mm，在提高鳍片面积的同时，使原有85t的受热面重量增加到了110t以上。由此，需要针对管材壁厚条件，对支架、吊装结构的载荷条件进行调整，在升级以往支吊结构荷重水平的基础上，满足整体技术需要。在改造处理中，不能简单地增加材料的厚度，需要平衡处理尺寸关系，并同步处理烟气温度升高的问题，以此保证整体设计的合理性。
方法上，需要对省煤器入口处的烟气温度进行计算，在确定其高出设计温度的具体数值后，计算出强度余量等级。本文所引用的黄台电站7#机组中，省煤器设备的吊挂夹板的原结构，采用15CrMo合金结构钢，在进行技术升级后，用1Cr13马氏体钢进行替换。在提高吊挂结构高温强度的同时，500℃允许应力数值，由原来的96MPa增加到了200MPa，充分体现了结构改良的应用价值。另外，在结构强度的上，尾部受热面的悬吊管，也在荷重条件上完成了4%的提升，不会对功能结构的使用稳定性造成负面影响。
（三）水侧阻力改动
通过改良设计，提高了省煤器的受热面积，并在增加管材总长度的过程中，实现了管壁厚度的调整。在这一基础条件的影响下，省煤器水侧的阻力数值，也获得相应的增加，当其达到最大工况数值之后，流动阻力会有所增加，案例机组中，则增加数值参数为0.0095MPa，省煤器的入口压力状态仅增加了0.05%。这一条件下的强度增加，并不会对省煤器本身造成强度影响[4]。
（四）传热效果预测
改造后的省煤器设备，在错列管束的结构影响下，表现出了加高的传热系数，并形成了自主性的清灰能力，在改善灰尘淤积问题上，起到了积极作用。同时，由于对肋片间距作出了调整，使整体管排数量明显增加，并使总传热面积提高了37%，实现系统操作功能的优化。另外，在该方案的执行过程中，使省煤器的烟气温度提高到了100℃，比原有温度高出了20摄氏度，其吸媒量也较原有工作水平提高了15%。综上，整体工作效率展现出了明显的优化效果，为技术应用提供了具体保障。
（五）技术参数要求
省煤器设备的技术管理中，以GB 9222-88“水管锅炉受压元件计算标准”为计算条件，在对管材设计参数进行分析的基础上，将省煤器管壁的厚度由原有的3.8mm调整为4mm，其中弯头部分的弯管半径，也增加到4.5mm。在JB 1611-93“锅炉管子制造条件标准”的要求中，原有管头弯管半径相对较小，在使用实际弯管加工条件的过程中，为了保证弯管质量，需要适当放大弯管半径条件，以满足技术改造需要。同时，在螺旋肋片焊接处理中，也需要对高温钎焊技术做出说明。方法上，先将肋片缠绕在管子上，然后使用肋片与机管进行压熔，使其热阻保持在近似为零的状态下，然后通过承受变热应力，在焊接处理中，消除“咬肉”现象，并避免出现焊接后的变形。同时，螺旋肋片焊接着率比率尽可能地提高，达到99.8%的比率数值之上，以此保证整体技术的完整性。
总结：综上，电站锅炉省煤器设备，在进行改造升级时，需要对基本结构形成深入性理解，并针对实际运行中的具体问题，采取针对性改进方案。通过改进处理消除故障风险，保证设备管理状态。执行上，需要从结构、传热面积与荷重、水侧阻力、传热效果等多方面内容，形成系统化整改措施。由此，不仅优化了省煤器设备的使用条件，也在一定程度上，提高了整体电站的技术管理水平。
参考文献：
[1]田舜尧,阎维平,李永生.利用电站锅炉耦合秸秆直燃炉提高再热汽温和SCR烟温经济性分析[J].热力发电,2019,48(02):9-15.
[2]韦斌,范军辉.不同清洁因子C_F下省煤器烟气旁路对SCR和锅炉效率的影响[J].电站系统工程,2019,35(01):6-10.
[3]鲁芬,问树荣,冯润富,等.某600 MW机组锅炉换热面分级及烟气流场优化[J].热力发电,2018,47(05):124-130.
[4]丁建良,岳峻峰,邹磊,等.大型燃煤电站锅炉宽负荷脱硝技术路径选型及应用分析[J].能源研究与利用,2018(02):39-44+48.
论文作者:冯中昱
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/1
标签：省煤器论文; 锅炉论文; 结构论文; 设备论文; 条件论文; 并在论文; 电站论文; 《中国电业》2019年第13期论文;