关于对蒸汽锅炉过热器改造的探索与思考

摘要：发电机组实行“上大压小”政策，主要目的是为了促进电力工业实现节能减排、调整产业结构、建设电力强国。政策实施以后，一些以背压发电机组为发电方式的系统面临锅炉过热蒸汽节能改造的问题，否则，会因蒸汽温度过高而造成能源的巨大浪费。文章论述了某公司在响应上级要求、关停背压发电机组之后，对20T、25T两台工业蒸汽锅炉过热器系统进行了节能改造，取得了很好的效果。

关键词：蒸汽锅炉；过热器；节能改造；传热方式；锅炉热效率

中图分类号：TK223　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)28-0027-03

背压发电是一种蒸汽梯级利用的节能发电设备，是企业节能降耗、投资少、见效快、综合经济效益好的节能发电方式之一，可广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、印染、酿酒、制糖、榨油等各种行业中。我公司两台背压发电机组是在上世纪80年代投入运行的，与之配套的工业锅炉采取过热蒸汽作为介质进行发电。但随着国家电力实施“上大压小”措施的实施，原发电设备拆除之后原工业锅炉不仅面临过热蒸汽无用武之地的问题，而且锅炉蒸汽也不再需要原有的压力，不仅造成能源的巨大浪费，而且还造成生产成本的上升。为此，对原有两台工业锅炉实施过热装置系统的节能改造，不仅使得动力成本节约效果明显，而且改造后的锅炉工作压力也大幅降低，从而锅炉安全系数也得到大幅提升，节能和安全保障效果明显。

一、锅炉过热器系统

我们知道，汽轮发电机组的发电介质要求是过热蒸汽，过热蒸汽简单地说就是在饱和蒸汽的基础上再加热形成的高品质干热蒸汽。

锅炉过热蒸汽的产生主要是通过过热器等装置实现的。过热器(superheater)是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸汽加热成相应压力下的过热水蒸汽的受热面。过热器的作用就是将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，降低排烟损失，提高锅炉热效率。

过热器按传热方式一般可分为对流式(convection superheater)、辐射式(radiantsuperheater)和半辐射式(platen superheater)；

按结构特点可分为蛇形管式、屏式、墙式(wallsuperheater)和包墙式(steam cooled wall)。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。管子的外径一般为30～60mm。对流式过热器最为常用，并采用蛇形管式。它具有比较密集的管组，布置在450℃～1000℃烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷。烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量。屏式过热器由多片管屏组成，布置在炉膛内上部或出口处，属于辐射或半辐射式过热器。前者吸收炉膛火焰的辐射热，后者还吸收一部分对流热量。在10兆帕以上的电站锅炉中，一般都兼用屏式和蛇形管式两种过热器，以增加吸热量。敷在炉膛内壁上的墙式过热器为辐射式过热器，较少采用。包墙式过热器用在大容量的电站锅炉中构成炉顶和对流烟道的壁面，外面敷以绝热材料组成轻型炉墙。

也有按温度分类为高低温过热器，它们的最大区别就是位置不同：高温过热器位于炉膛出口处，低温过热器位于水平烟道。

一般工业链条蒸汽锅炉结构见图1所示。

二、锅炉节能改造方案

(一)改造方案确立的基本准则

背压发电机组配套过热蒸汽锅炉改造的必要性主要是针对国家对发电机组实施“上大压小”政策之后蒸汽质量“过剩”的情况而提出的，过高的蒸汽温度和过度的蒸汽品质不仅偏离了主要用途，而且还需要减温减压等措施之后才能用于目前生产所需，

“两头费”的现实造成能源成本的无谓升高和浪费；另一方面，由于次中压锅炉压力指标在背压发电机组拆除之后也根本不需要这么高的蒸汽压力，5公斤的蒸汽压力基本能满足现有生产所需。基于上述两点，对原背压发电机组配套锅炉实施节能改造势在必行。

针对背压发电机组拆除之后锅炉主要用于日常生产和冬季取暖所需的情况，我们在对锅炉改造方面本着“三个基本原则”：一是确保锅炉运行的安全性能不降低；二是确保生产用汽质量有保证；三是锅炉过热器改造在理论设计和实际效果都可行。

(二)改造方案的制定

方案一：

拆除过热器部件；将减温器改为出口集箱；在上锅筒出汽口增加前集汽箱和锅筒连接管；重新更换调整安全阀；将铸铁省煤器拆除，更新为允许沸腾的钢管省煤器；拆除与过热器相关的集箱和管道。

这种方案的好处是既保证节能改造后的运行效果，又保证了原有主要承压部件，如：上锅筒不做任何结构改动，从而确保了锅炉的安全运行系数。

方案二：

拆除过热器部件；对上锅筒出汽接口作扩孔加粗改造；重新调整更换安全阀；不更换省煤器材质类型，但需改变省煤器热交换面片组(以防因出现蒸汽沸腾现象对省煤器造成汽水冲击损坏)。

这种方案的隐忧是对原油锅炉主要承压部件——上锅筒进行了扩孔改造，尽管从理论上讲没多大问题，但毕竟对其安全性带来一定影响。另外，原铸铁省煤器是否会彻底避免沸腾现象，也存在安全隐忧。与此同时，为保证蒸汽流量，锅炉上锅筒出汽管路口径也需要作加粗改造，成本费用也会加大。

三、改造效果

(一)改造前后主要技术参数对比表

从上面对比数据可以看出：改造后锅炉在保证出力不变的情况下，蒸汽压力和温度大幅降低，从而提高了锅炉运行的安全性和节能性。

(二)改造效果及投资回收期分析

锅炉工作压力大幅降低，由原来的次中压降为低压，提高了锅炉运行的安全系数。

锅炉蒸汽压力和温度的大幅降低，在煤耗、电耗等能源节约方面明显明显：各受热面(对流管、省煤器、空气预热器)烟气流速降低，引风负荷也随之降低，使得电耗降低约5％左右；锅炉煤耗降低约3％。

锅炉过热器拆除改造之后，由于锅炉出汽温度的大幅降低，对软水品质要求相应下降，有利于软水处理成本的降低。与此同时，过热器的拆除也免除了日常对过热气管的日常维护和更新成本。

冬季供暖配套运行设备如板式交换器等，过去由于蒸汽温度高造成每年需要更换交换器胶垫。拆除过热器后可直接使用饱和蒸汽，蒸汽温度的降低有利于减少维修强度和成本。

排烟温度由原来的168℃减低到155℃，送风机送风温度提高约10℃～15℃，有效提高了锅炉的热效率。

由于过热器拆除改造之后，锅炉综合节能效果明显，据初步核算，锅炉改造投资回收期约在2年左右。四、对锅炉节能改造的思考

锅炉运行状况是影响动力成本的重要方面，而锅炉节能改造又是国家节能减排的重要措施之一。为此，加强锅炉综合性节能改造和管理是一项长期性的任务，必须抓实抓好。在锅炉过热器改造过程中，也引发了对一些相关问题的思考：

1.过热器日常检查维护不容忽视。作为背压发电机组配套的锅炉，由于对蒸汽品质要求较高，过热器是必不可少的重要设施，也是锅炉日常维护的重点部位，过热器由于受烟气冲刷，必须注意定期检查其磨蚀程度，并根据锅炉日常运行负荷实际情况，按照一定更新周期进行更新改造，以保证过热器的安全运行。

2.锅炉系统节能改造应当常抓不懈。锅炉节能涉及诸多方面，应当积极借鉴成熟的节能技术，如：给煤系统分层给煤设施改造、中拱节能改造等，都是成熟而又十分有效的改造，应当积极探索锅炉节能改造的新领域。

3.锅炉改造必须确保热力理论计算和实际运行的安全可行。锅炉由于是承压运行而且是热力学应用理论比较集中的安全重点设备，因此，其节能改造前必须进行热力参数科学计算，确保节能改造理论的可行性，这是前提和关键。

4.严格规范锅炉日常运行管理十分必要。燃烧煤质必须加强管理，如含硫量高的原煤，容易在膛壁管等部位形成黄斑和结焦，对炉壁管的表面腐蚀以及热交换效率产生重大影响；另外，锅炉的日常检查维护也很关键，对各重点部位运行情况的检查有利于锅炉的安全运行，减少爆管等安全事故发生。

五、结语

锅炉过热器拆除改造，是基于国家对发电机组实施“上大压小”节能减排政策的对应措施，通过对锅炉过热器拆除改造，不仅达到了节能降耗、提升锅炉运行经济效益的目的，而且，对锅炉运行的安全性也得到大幅提升，是一项很好的节能降耗、提效减排的重要措施，值得借鉴推广。

(责任编辑：周加转)

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