燃煤鍋爐煙氣余熱換熱器故障分析和處理

孟銀燦++徐鋼

文章編號(hào)：2095-6835（2016）13-0142-02

摘 要：近年來，燃煤鍋爐煙氣低溫余熱換熱器越來越多地應(yīng)用于燃煤電廠，在電力行業(yè)的節(jié)能減排中起到了重要的作用。但換熱器磨損而造成的爆管、堵塞等問題時(shí)常發(fā)生。因此，主要對換熱器磨損的原因進(jìn)行了分析，并提出了換熱器磨損故障的防范措施和相關(guān)對策，以供相關(guān)單位參考。

關(guān)鍵詞：煙氣余熱換熱器；燃煤鍋爐；飛灰濃度；磨損故障

中圖分類號(hào)：TK229.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.142

1 煙氣余熱換熱器磨損原因分析

1.1 煙氣流速

含有大量灰塵的煙氣在流動(dòng)過程中會(huì)與受熱金屬表面摩擦。在摩擦的過程中，灰塵顆粒與金屬表面不斷碰撞。如果煙氣流速過快，灰塵也會(huì)隨之加速，因此，煙氣流速對金屬受熱面的磨損有直接影響。由于煙氣走廊中的阻力較小，灰塵流動(dòng)的速度就會(huì)隨著煙氣的流動(dòng)而加快，特別是管道狹窄部位的煙氣流速非?？?，且這些部位的縫隙較小，易形成嚴(yán)重的局部磨損。當(dāng)煙氣經(jīng)水平對流煙道轉(zhuǎn)入下行尾部煙道時(shí)，由于氣流轉(zhuǎn)彎，飛灰被拋向后墻附近，導(dǎo)致此處的飛灰濃度增大，因此，靠后墻的管子將受到更嚴(yán)重的磨損。當(dāng)煙氣入射分布不均勻時(shí)，會(huì)造成局部煙氣流速過快，進(jìn)而出現(xiàn)偏流的現(xiàn)象，最終造成嚴(yán)重的局部磨損。

1.2 灰塵

煤炭屬于固體燃料，含有較多的灰分，燃煤電站的鍋爐絕大多數(shù)為粉煤爐，只有10%的灰分會(huì)落入爐膛下面的冷灰斗中，其余90%的灰分都懸浮在煙氣中形成飛灰。飛灰在管道中流動(dòng)時(shí)，會(huì)受到煙氣流速的影響，進(jìn)而嚴(yán)重磨損管道壁。對于光管而言，灰粒的大小、形狀、硬度、灰熔點(diǎn)等會(huì)影響磨損程度。由此可見，飛灰中較大的顆粒以及具有足夠硬度和銳利棱角的顆粒會(huì)比球形顆粒造成的磨損更加嚴(yán)重。因此，燃用高灰分、低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤會(huì)嚴(yán)重磨損省煤器的管道。

1.3 低溫腐蝕

一般情況下，燃煤鍋爐空預(yù)器出口煙氣水的結(jié)露點(diǎn)為50 ℃，不會(huì)出現(xiàn)結(jié)露的現(xiàn)象。但由于煙氣中酸性氣體的存在，極易出現(xiàn)酸結(jié)露的現(xiàn)象，酸露點(diǎn)的溫度可達(dá)到105 ℃，甚至更高。當(dāng)換熱器金屬壁溫低于煙氣酸的結(jié)露點(diǎn)時(shí)，煙氣中含有硫酸酐的水蒸氣會(huì)在壁面凝結(jié)，進(jìn)而造成腐蝕。由于尾部受熱面區(qū)段的煙氣和管壁的溫度較低，所以，將該現(xiàn)象稱為低溫腐蝕。在煙氣的作用下，腐蝕部位受到灰塵顆粒的沖擊，進(jìn)而造成磨損。煙氣余熱換熱器安裝在鍋爐尾部，煙氣在進(jìn)入換熱器進(jìn)行熱交換后，溫度會(huì)逐漸降低。在燃用高硫煤時(shí)，煙氣中凝結(jié)的液態(tài)硫酸液會(huì)腐蝕換熱器和煙道，導(dǎo)致?lián)Q熱元件嚴(yán)重?fù)p壞。此外，酸液黏結(jié)煙氣中的灰粒會(huì)造成堵塞，進(jìn)而影響鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行。

1.4 其他因素

除上述因素外，燃料灰分、爐型、燃燒方式、布置形式、局部飛灰濃度、管徑等均會(huì)對磨損造成影響。鍋爐運(yùn)行時(shí)，隨著鍋爐負(fù)荷的增加，煙氣流速越來越快，飛灰磨損越來越嚴(yán)重。對于負(fù)壓燃燒的鍋爐而言，空預(yù)器和煙道漏風(fēng)量增大時(shí)，煙氣容積會(huì)不斷增大，煙氣流速隨之加快，磨損也越來越嚴(yán)重。鍋爐燃燒時(shí)，如果存在燃燒不良的現(xiàn)象，則會(huì)使飛灰的含碳量增加。由于焦碳顆粒比飛灰的硬度大，因此，磨損會(huì)越來越嚴(yán)重。此外，當(dāng)煙氣余熱換熱器受熱面發(fā)生局部煙道堵塞時(shí)，煙氣偏流會(huì)向未堵塞側(cè)流動(dòng)，進(jìn)而造成單側(cè)局部磨損。

2 煙氣換熱器磨損故障的防范和處理

根據(jù)以上對磨損原因的分析，可采用選擇合理的煙氣流速和氣流分布方式、降低飛灰濃度等防磨損措施，防止出現(xiàn)局部的煙氣速度加快和飛灰濃縮集中現(xiàn)象。

2.1 選擇合理的煙氣流速

對于煙氣余熱換熱器而言，為了避免發(fā)生嚴(yán)重的磨損，煙氣流速必須控制在合理的范圍內(nèi)。對于布置在除塵器前的煙氣換熱器，可采用H形鰭片管換熱器（煙氣的平均流速應(yīng)低于11 m/s）或采用螺旋鰭片換熱器（煙氣的平均流速應(yīng)低于9 m/s）；對于布置在除塵器后的換熱器，由于煙氣中的飛灰通常小于100 mg/Nm3，所以，可適當(dāng)加快煙氣流速，一般控制在12～13 m/s即可，煙氣流速的合理控制對減輕磨損的作用非常明顯。此外，還應(yīng)優(yōu)化CFD模擬設(shè)計(jì)，必要時(shí)可進(jìn)行實(shí)物模擬流場試驗(yàn)，使進(jìn)入換熱器的煙氣在橫截面均勻分布。在換熱器布置空間有限的改造工程中，合理分布?xì)饬魇欠婪豆艿滥p的手段之一。

2.2 擴(kuò)展受熱面

擴(kuò)展受熱面能減輕煙氣對煙氣余熱回收裝置的沖刷磨損，從而提高受熱面的抗磨能力。相比于光管，采用受熱面以擴(kuò)展的管束能有效減緩局部（接近管子處）煙氣流速，從而減輕受熱面的磨損。以H形翅片管為例，如圖1所示，通過選擇合理的翅片高度和翅片節(jié)距，煙氣流過時(shí)會(huì)在粘性力的作用下在翅片表面形成附面層，并形成較小的渦旋區(qū)，大顆粒飛灰無法接觸到基管表面。此外，在肋片的作用下，煙氣橫向沖刷不會(huì)集中在45°的范圍內(nèi)，而是沿著管表面均勻沖刷，從而減輕管外表面的局部磨損。

2.3 降低飛灰濃度

飛灰主要聚積在背風(fēng)面，迎風(fēng)面很少聚會(huì)，且煙速越快，積灰就越少?；伊Ｊ且揽糠肿右蜢o電引力吸附在管壁上的，而管的背面有旋窩區(qū)，能使細(xì)灰沉積下來，長此以往，便會(huì)形成積灰。積灰會(huì)降低熱效率、鍋爐出力，最終縮短鍋爐的使用壽命。因此，要對積灰進(jìn)行控制和處理。具體而言，可從以下3方面入手控制積灰：①選擇合理的煙氣流速。研究發(fā)現(xiàn)，提高煙氣流速可減輕積灰，但會(huì)加重磨損，圖2為3種不同煙氣流速下的積灰情況；②選擇合理的吹灰裝置。常見的吹灰器有蒸汽吹灰、聲波吹灰等。采用煙氣余熱換熱器的煙氣溫度較低、飛灰較細(xì)，所以，通常采用蒸汽吹灰。③高壓水沖洗。高壓水沖洗分為在線清洗和停機(jī)清洗。由于煙氣余熱換熱器中的煙溫較低，為了避免低溫腐蝕，通常采用停機(jī)清洗的方式。

2.4 防止低溫腐蝕的措施

為了防止低溫腐蝕，延長煙氣余熱換熱器的壽命，需要選擇一種可長期在酸腐蝕條件下工作的鋼材。經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，ND鋼是目前國內(nèi)外最理想的“耐硫酸低溫露點(diǎn)腐蝕”用鋼材，這種材料廣泛用于含硫煙氣較大的省煤器?？諝忸A(yù)熱器、熱交換器和蒸發(fā)器等裝置設(shè)備可用于防范含硫煙氣結(jié)露點(diǎn)腐蝕，且具有耐氯離子腐蝕的功能。如圖3所示，ND鋼的耐腐蝕性能優(yōu)于碳鋼、日本進(jìn)口同類鋼和不銹鋼。該材料經(jīng)國內(nèi)各大煉油廠和制造單位使用后受到廣泛好評(píng)，并獲得了良好的使用效果。

2.5 機(jī)械防磨損

氣流分布不均勻的現(xiàn)象在煙氣換熱器迎風(fēng)面最明顯。換熱器中后部會(huì)發(fā)生均流現(xiàn)象，氣流分布逐步趨于均勻，因此，換熱器的大部分磨損出現(xiàn)在最前端迎風(fēng)面。長期實(shí)踐證明，在換熱器最前面設(shè)置多層空的換熱管可有效減輕換熱器本體的磨損。換熱管可采用均流作用比較明顯的H形翅片管，其內(nèi)部沒

有換熱介質(zhì)，且可拆卸和定期更換。目前，防磨損換熱管在換熱器的實(shí)際使用中起到了較好的防磨作用。

3 結(jié)束語

煙氣換熱器磨損故障產(chǎn)生的原因較多，因此，在解決這一問題時(shí)，應(yīng)從多個(gè)方面入手，比如煙氣流速、積灰清除、受熱面擴(kuò)展和低溫防腐蝕等，從而有效解決磨損問題，延長設(shè)備的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕