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0、前言
    國產(chǎn)12 5MW和200MW機(jī)組均為60年代末、70年代初設(shè)計(jì)的早期產(chǎn)品。機(jī)組所配的鍋爐分別為420(400)t/h和670t/h中間再熱、超高壓、自然循環(huán)汽包爐。這些機(jī)組許多已服役20—30年，對(duì)我國電力工業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的這些鍋爐存在著不少問題。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，這些鍋爐所存在的問題顯得越來越突出，似乎已經(jīng)不能適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，因此應(yīng)進(jìn)行較完善的技術(shù)改造，甚至可能要進(jìn)行綜合性的徹底技術(shù)改造。
本文就這些鍋爐存在的問題及其現(xiàn)代化改造提供一些看法，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、125MW和200MW汽包爐存在問題及分析
2.1存在問題
    12 5MW和200MW汽包爐不同程度地普遍存在如下問題：
    ( 1)排煙溫度比設(shè)計(jì)值高。一般高于設(shè)計(jì)值15~ 20℃，有的超過30℃。
    (2)一次（過熱）汽溫和（或）二次（再熱）汽溫偏低或減溫噴水量明顯低于設(shè)計(jì)值。
    (3)再熱汽溫調(diào)節(jié)性能差，煙道檔板在運(yùn)行中基本不能用于再熱汽溫的調(diào)節(jié)。
    (4) 200MW汽包爐高溫再熱器管壁超溫現(xiàn)象較普遍，甚至在汽溫未達(dá)額定值時(shí)也存在超溫現(xiàn)象。有些670t/h鍋爐的高溫過熱器和高溫再熱器，同時(shí)存在管壁超溫狀況。
    (5)早期生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)和堵灰嚴(yán)重，致使排煙溫度很高，熱風(fēng)溫度偏低，還使鍋爐難于合理進(jìn)行配風(fēng)，造成機(jī)械不完全燃燒和排煙熱損失較大，鍋爐效率顯著低于設(shè)計(jì)值，有的鍋爐效率只有85%左右，比設(shè)計(jì)值低4N5%。
2.2存在問題的分析
2.2.1排煙溫度偏高問題
    12 5MW和200MW汽包爐是60、70年代設(shè)計(jì)的，鍋爐熱力計(jì)算依據(jù)的是前蘇聯(lián)1957年的熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法。該方法高估了爐膛、前屏和后屏的吸熱量，導(dǎo)致爐膛出口、后屏和高溫對(duì)流受熱面區(qū)域的實(shí)際煙溫比鍋爐廠的計(jì)算值高出很多。實(shí)際煙溫與計(jì)算煙溫的差別雖然沿著煙氣行程逐漸減小，但一直延續(xù)到鍋爐出口。因此，按該方法計(jì)算的鍋爐排煙溫度一般都比實(shí)際值低15—20℃。
    對(duì)某些帶回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的鍋爐，實(shí)際排煙溫度比設(shè)計(jì)值高出30~40℃，除計(jì)算方法問題外，還有嚴(yán)重漏風(fēng)（使傳熱溫差下降）和堵灰（使傳熱系數(shù)降低）的原因，這些鍋爐的熱風(fēng)溫度也相應(yīng)地比設(shè)計(jì)值低40~50℃。
2.2.2汽溫偏低問題
    對(duì)于這些鍋爐，即使是同時(shí)出現(xiàn)過熱汽溫偏低和再熱汽溫偏低現(xiàn)象，其產(chǎn)生原因是不同的，過熱汽溫偏低是設(shè)計(jì)所依據(jù)的計(jì)算方法多估計(jì)了前屏和后屏的吸熱量造成的，而再熱汽溫偏低一般是設(shè)計(jì)時(shí)分隔煙道的煙氣流量分配值與實(shí)際值有偏差和煙道擋板不可調(diào)產(chǎn)生的。
    前蘇聯(lián)1957年熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法高估了前屏和后屏的吸熱量，當(dāng)鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，前屏和后屏的受熱面布置較多且不設(shè)置低溫對(duì)流過熱器時(shí)，其所高估的吸熱量不能被高溫對(duì)流過熱器所低估的吸熱量抵消，運(yùn)行中過熱汽溫就達(dá)不到額定值，若鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)前、后屏布置的受熱面不多還需在對(duì)流下降豎井中設(shè)置低溫對(duì)流過熱器時(shí)，設(shè)計(jì)所高估的前、后屏吸熱量可以被高溫對(duì)流過熱器和低溫對(duì)流過熱器所少估的吸熱量大致抵消，運(yùn)行中過熱汽溫可達(dá)設(shè)計(jì)值或偏離不大。
    再熱汽溫偏低的現(xiàn)象在具有分隔煙道的125MW汽包爐中比較突出，這種鍋爐的典型布置是在對(duì)流下降豎井的平行煙道內(nèi)分別布置旁路省煤器（相應(yīng)的煙道稱旁路煙道）和低溫再熱器（稱主煙道）。靠爐前的為旁路煙道，主煙道靠爐后，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)入這兩個(gè)煙道的煙氣流量大致按煙道深度的尺寸比例選取，但是在煙道檔板不可調(diào)的情況下，平行兩個(gè)煙道的煙氣流量應(yīng)由兩個(gè)煙道內(nèi)受熱面的煙氣流動(dòng)阻力的相互關(guān)系確定，阻力越大，則煙氣流量越小。縱觀許多帶分隔煙道的125MW汽包爐，旁路煙道內(nèi)所布置的省煤器排數(shù)很少，而主煙道內(nèi)低溫再熱器所布置的管子排數(shù)很多，兩者阻力系數(shù)相差很大。如果按煙道深度尺寸的比例選取進(jìn)入各煙道的煙氣流量，將必產(chǎn)生流經(jīng)主煙道的實(shí)際煙氣量明顯地低于鍋爐廠的設(shè)計(jì)值，因而造成低溫再熱器吸熱量不足，汽溫偏低的后果。
2.2.3過熱器和再熱器管壁超溫問題
    過熱器和再熱器管壁超溫主要發(fā)生在200MW汽包爐的高溫對(duì)流過熱器和高溫再熱器上。高溫再熱器管壁超溫在各鍋爐廠生產(chǎn)的670t/h鍋爐中存在比較普遍。高溫對(duì)流過熱器的超溫則發(fā)生在某些鍋爐廠的產(chǎn)品上。有些鍋爐連后屏也存在管壁超溫現(xiàn)象。管壁超溫甚至在汽溫未達(dá)到額定值(540℃)的情況下產(chǎn)生。
    關(guān)于200MW汽包爐過熱器和再熱器嚴(yán)重超溫問題，經(jīng)分析研究可歸結(jié)為如下幾個(gè)原因。
    (1)鍋爐所依據(jù)的熱力計(jì)算方法有缺陷，導(dǎo)致高溫受熱面（后屏、高溫過熱器、高溫再熱器）的計(jì)算煙溫嚴(yán)重偏低。實(shí)際上，這些高溫受熱面所在區(qū)域的煙溫要比制造廠提供的數(shù)據(jù)高很多。關(guān)于這一點(diǎn)在下面列舉的某些實(shí)際例子中還要作進(jìn)一步說明。
    (2) 60、70年代鍋爐廠在鍋爐設(shè)計(jì)中對(duì)過熱器和再熱器的壁溫進(jìn)行計(jì)算時(shí)，普遍未考慮流量不均問題，吸熱不均問題也考慮不全面，而670t/h汽包爐的過熱器和再熱器恰恰存在較嚴(yán)重的流量不均問題。90年代有些鍋爐廠在進(jìn)行壁溫計(jì)算時(shí)，對(duì)流量不均雖也進(jìn)行了分析，但并未能全面準(zhǔn)確地反映高溫受熱面的流量不均勻性，當(dāng)嚴(yán)重的流量不均與吸熱不均相互疊加時(shí)，對(duì)高溫受熱面將帶來嚴(yán)重的危害。
    (3) 670t／h汽包爐的高溫過熱器和高溫
再熱器前、后都有空間較大、溫度很高的煙氣容積。煙氣容積的熱輻射又同時(shí)主要落在管屏（管圈）的同一排管子上，容積輻射的一半或更多的熱量被面向煙氣空間的管排所吸收，造成暴露在高溫?zé)煔馊莘e輻射的管子發(fā)生嚴(yán)重的超溫現(xiàn)象，而制造廠在壁溫計(jì)算時(shí)對(duì)高溫?zé)煔馊莘e輻射往往未作全面計(jì)算。
3、幾個(gè)典型例子
3.1某420t/h汽包爐
    這臺(tái)原配回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的420t/h汽包爐，其過熱器由爐頂管、包復(fù)管、前屏、后屏和高溫對(duì)流過熱器組成，無低溫對(duì)流過熱器。再熱器由高、低溫級(jí)組成。高溫再熱器布置在高溫對(duì)流過熱器后的水平煙道內(nèi)。低溫再熱器與旁路省煤器采取125MW機(jī)組鍋爐的典型布置方式，即平行地布置在下行對(duì)流豎井內(nèi)以分隔墻分開的兩個(gè)煙道中。
    該鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1，由于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)和堵灰嚴(yán)重，鍋爐排煙溫度比設(shè)計(jì)值高出30—40℃。有時(shí)達(dá)45℃，熱風(fēng)溫度比設(shè)計(jì)值低40—50℃，鍋爐運(yùn)行效率一般為84~85%。此外，過熱汽溫和再熱汽溫分別比設(shè)計(jì)值約低10℃和20℃左右。
    鍋爐于1994~1995年進(jìn)行改造，將回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器取消，代之以螺旋槽管式空氣預(yù)熱器，改造后排煙溫度降低到150℃~160℃，鍋爐效率提高了3個(gè)百分點(diǎn)。
    改造后由于燃料量減少，過熱汽溫和再熱汽溫進(jìn)一步降低。
3.2某670t／h汽包爐
    該鍋爐采用兩級(jí)管式空氣預(yù)熱器，原設(shè)計(jì)單級(jí)省煤器布置在兩級(jí)空氣預(yù)熱器之間。過熱器由爐頂管、包復(fù)管，前屏、后屏和高溫對(duì)流過熱器組成，無低溫對(duì)流過熱器。再熱器由高、低溫級(jí)組成。順流傳熱方式的高溫再熱器布置在水平煙道高溫對(duì)流過熱器之后，低溫再熱器布置在轉(zhuǎn)向室下方的對(duì)流豎井中，不設(shè)分隔煙道。
    根據(jù)制造廠按電廠實(shí)用煤種對(duì)鍋爐所作的熱力校核計(jì)算數(shù)據(jù)，鍋爐排煙溫度θpy= 148℃，熱風(fēng)溫度，在額定負(fù)荷下過熱器兩級(jí)噴水量應(yīng)達(dá)25 t/h，高溫再熱器出口煙溫為612℃。
    鍋爐的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)則是a py =160~ 165℃，，過熱器在兩級(jí)減溫器無噴水的情況下，汽溫只能達(dá)到535~538℃，電廠為降低鍋爐排煙溫度，對(duì)其中一臺(tái)鍋爐在高溫空氣預(yù)熱器前加裝了一級(jí)省煤器，才使排煙溫度降低到設(shè)計(jì)值。
    鍋爐投入運(yùn)行3年時(shí)間后發(fā)現(xiàn)高溫再熱器靠煙道中部的最末一排管子（出口管段）的背流面（即管子面向高溫再熱器后煙氣空間的部位）有大量氧化腐蝕開裂脫落層，腐蝕產(chǎn)物成分分析診斷為高溫氧化性腐蝕，腐蝕范圍很大。管壁厚度檢查發(fā)現(xiàn)，有些管子的壁厚已從原來的3.5mm減薄到2.1~2.5mm。運(yùn)行記錄檢查發(fā)現(xiàn)，該鍋爐從投運(yùn)以來，高溫再熱器出口管段的壁溫指示值就嚴(yán)重超標(biāo)，額定負(fù)荷時(shí)煙道中部區(qū)域出口管段的壁溫（測(cè)點(diǎn)裝在頂棚上部，即爐外）一直處在600~ 620℃以上，有時(shí)高達(dá)630—640℃。
    高溫再熱器出口管段采用鋼研102管材，在介質(zhì)溫度為540℃時(shí)應(yīng)能承受溫度為612℃煙氣的加熱不致于發(fā)生高溫氧化腐蝕，實(shí)際上從高溫再熱器所發(fā)生的嚴(yán)重氧化腐蝕和爐外壁溫指示值分析，高溫再熱器出口煙溫遠(yuǎn)高于612℃。
    為了查明鍋爐存在問題的根源，對(duì)鍋爐進(jìn)行了較切合實(shí)際的全面熱力計(jì)算和壁溫計(jì)算。計(jì)算結(jié)果，高溫再熱器出口煙溫為680℃，排煙溫度θpy= 160℃，熱風(fēng)溫度t=398℃，后兩個(gè)數(shù)值與鍋爐運(yùn)行值十分吻合，由此判斷，高溫再熱器出口煙溫遠(yuǎn)比612℃要高，因而采用T91管材進(jìn)行了更換。
3.3帶分隔煙道的670t／h鍋爐
    該型鍋爐的過熱器由爐頂管、包復(fù)管、前屏、后屏、高溫對(duì)流過熱器和低溫對(duì)流過熱器組成。再熱器由高溫級(jí)和低溫級(jí)組成，高溫再熱器布置于水平煙道高溫對(duì)流過熱器之后，低溫再熱器與低溫對(duì)流過熱器布置于對(duì)流豎井的兩個(gè)平行煙道內(nèi)，由分隔墻分開。
    據(jù)某電廠報(bào)導(dǎo)，該型鍋爐的后屏、高溫對(duì)流過熱器和高溫再熱器管壁超溫嚴(yán)重。尤其是高溫對(duì)流過熱器和高溫再熱器，在機(jī)組投運(yùn)約3萬小時(shí)后頻繁地發(fā)生超溫爆管現(xiàn)象。
    制造廠在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)這些高溫受熱面都進(jìn)行了壁溫計(jì)算并據(jù)此選擇管材。例如，后屏和高溫過熱器管子采用鋼研102材料，高溫再熱器管子內(nèi)圈采用鋼研102，外圈采用lCr18Ni9Ti，但根據(jù)本文2.2.3節(jié)所述的原因，制造廠提供的壁溫計(jì)算值并未反映出鍋爐的實(shí)際情況，超溫爆管現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。
3.4某420t／h鍋爐
    該型鍋爐按無煙煤設(shè)計(jì)，空氣預(yù)熱器采用兩級(jí)管式預(yù)熱器，主省煤器布置在兩級(jí)空氣預(yù)熱器之間，鍋爐的過熱器系統(tǒng)，再熱器系統(tǒng)以及對(duì)流豎井分隔煙道的布置方式與50415型相同。
    鍋爐有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：θpy= 135℃，f，k=400℃，一、二次汽溫均為540℃(出力D= 420t/h)，額定負(fù)荷時(shí)一次汽還要噴入約llt/h減溫水。
    鍋爐實(shí)際運(yùn)行參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值較多θpy=155~160℃，平均熱風(fēng)溫度trk= 430℃，局部熱風(fēng)溫度達(dá)460一470℃，部分高溫空氣預(yù)熱器管子處于發(fā)紅狀態(tài)，一、二次汽溫均達(dá)不到額定值，處于520~530℃的水平，過熱器減溫水量基本上為零。
    有關(guān)排煙溫度和一、二次汽溫的計(jì)算值與電廠運(yùn)行實(shí)際值不符的問題，上文已經(jīng)作了說明。熱風(fēng)溫度偏差問題也與計(jì)算不準(zhǔn)有關(guān)。按前蘇聯(lián)計(jì)算方法，鍋爐對(duì)流受熱面的實(shí)際煙溫比計(jì)算值要高，對(duì)于該鍋爐，進(jìn)入高溫空氣預(yù)熱器的煙溫大約比設(shè)計(jì)值高30—35℃，因此實(shí)際熱風(fēng)溫度也相應(yīng)比設(shè)計(jì)值高。
    對(duì)于12SMW汽包爐對(duì)流豎井為分隔煙道的典型布置，煙氣在離開轉(zhuǎn)向室后分兩股進(jìn)入分隔煙道，進(jìn)入旁路煙道的煙溫較高，進(jìn)入主煙道的煙溫較低：此外，在旁路煙道內(nèi)，旁路省煤器管子的排數(shù)一般較少，而主煙道內(nèi)低溫再熱器的受熱面積很大，因而造成煙氣在這兩個(gè)煙道的出口處仍保持著較大的溫差。經(jīng)計(jì)算對(duì)50419型鍋爐這個(gè)溫差大約為70℃，所以，該型鍋爐除平均熱風(fēng)溫度過高外，還發(fā)生旁路煙道下方局部熱風(fēng)溫度很高(460~470℃)的狀況。這對(duì)空氣預(yù)熱器的長期運(yùn)行顯然十分不利。
4、改造建議
    上面列舉的幾個(gè)典型例子說明，對(duì)125MW和200MW汽包爐應(yīng)根據(jù)正確的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行綜合性徹底改造，這不僅是由于這些鍋爐本體存在諸多問題，從節(jié)能和環(huán)保的角度出發(fā)，鍋爐長期
處于150~160℃的排煙溫度，85~88%的鍋爐效率，偏低的一、二次汽溫下運(yùn)行是不能適應(yīng)新時(shí)代要求的。現(xiàn)代大型電站鍋爐的鍋爐效率都已經(jīng)達(dá)到了92~93%，排煙溫度降低到1 30℃左右，對(duì)節(jié)能和減少污染物排放量都處于有利的地位。
    因此，對(duì)12 5MW和200MW汽包爐的現(xiàn)代化改造提出如下建議：
    (1)排煙溫度按130一140℃，鍋爐效率按不低于90~ 91%考慮改造方案。在降低排煙溫度方面，國內(nèi)外已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，當(dāng)空氣預(yù)熱器和省煤器同時(shí)采用強(qiáng)化傳熱式受熱面時(shí)，在不改變?cè)瓉硎軣崦婵臻g尺寸的情況下，可以將排煙溫度降低到130一140℃。
    (2)對(duì)過熱器和再熱器進(jìn)行改造，使一、二次汽溫達(dá)到設(shè)計(jì)的額定值，并使過熱器在額定負(fù)荷時(shí)有一定減溫噴水量，以適應(yīng)調(diào)峰運(yùn)行負(fù)荷變化時(shí)維持過熱汽溫。為使鍋爐適應(yīng)調(diào)峰運(yùn)行，燃燒器可能也要進(jìn)行改造。
    從這些鍋爐的具體結(jié)構(gòu)分析，適當(dāng)增加過熱器和再熱器的受熱面積以提高汽溫的改造是可以實(shí)現(xiàn)的。
    (3)在過熱器和再熱器改造時(shí)應(yīng)解決管壁超溫問題，因此，要求在改造方案中對(duì)壁溫進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，特別注意對(duì)熱偏差問題，包括吸熱不均、流量不均、煙氣空間輻射等進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，才能保證改造后不發(fā)生管壁超溫問題。
    (4)對(duì)堵灰和漏風(fēng)嚴(yán)重的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，用螺旋槽管進(jìn)行改造，從根本上解決預(yù)熱器不良，嚴(yán)重影響鍋爐性能的問題。
     (5)對(duì)改造方案應(yīng)作切合實(shí)際的熱力計(jì)算，改造方案的擬定應(yīng)發(fā)揮電廠、制造廠、研究單位和高校的各自優(yōu)勢(shì)，共同配合，以保證改造達(dá)到預(yù)期效果。
    富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，同時(shí)我們也銷售木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。