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：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用于燃煤電廠，在電力行業的節能減排中起到了重要的作用。但換熱器磨損而造成的爆管、堵塞等問題時常發生。因此，主要對換熱器磨損的原因進行了分析，并提出了換熱器磨損故障的防范措施和相關對策，以供相關單位參考。

關鍵詞：煙氣余熱換熱器；燃煤鍋爐；飛灰濃度；磨損故障

中圖分類號：TK229.6 文獻標識碼：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過程中會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，灰塵流動的速度就會隨著煙氣的流動而加快，特別是管道狹窄部位的煙氣流速非常快，且這些部位的縫隙較小，易形成嚴重的局部磨損。當煙氣經水平對流煙道轉入下行尾部煙道時，由于氣流轉彎，飛灰被拋向后墻附近，導致此處的飛灰濃度增大，因此，靠后墻的管子將受到更嚴重的磨損。當煙氣入射分布不均勻時，會造成局部煙氣流速過快，進而出現偏流的現象，最終造成嚴重的局部磨損。

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為粉煤爐，只有10%的灰分會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。飛灰在管道中流動時，會受到煙氣流速的影響，進而嚴重磨損管道壁。對于光管而言，灰粒的大小、形狀、硬度、灰熔點等會影響磨損程度。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比球形顆粒造成的磨損更加嚴重。因此，燃用高灰分、低發熱量的劣質煤會嚴重磨損省煤器的管道。

1.3 低溫腐蝕

一般情況下，燃煤鍋爐空預器出口煙氣水的結露點為50 ℃，不會出現結露的現象。但由于煙氣中酸性氣體的存在，極易出現酸結露的現象，酸露點的溫度可達到105 ℃，甚至更高。當換熱器金屬壁溫低于煙氣酸的結露點時，煙氣中含有硫酸酐的水蒸氣會在壁面凝結，進而造成腐蝕。由于尾部受熱面區段的煙氣和管壁的溫度較低，所以，將該現象稱為低溫腐蝕。在煙氣的作用下，腐蝕部位受到灰塵顆粒的沖擊，進而造成磨損。煙氣余熱換熱器安裝在鍋爐尾部，煙氣在進入換熱器進行熱交換后，溫度會逐漸降低。在燃用高硫煤時，煙氣中凝結的液態硫酸液會腐蝕換熱器和煙道，導致換熱元件嚴重損壞。此外，酸液黏結煙氣中的灰粒會造成堵塞，進而影響鍋爐設備的安全運行。

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、管徑等均會對磨損造成影響。鍋爐運行時，隨著鍋爐負荷的增加，煙氣流速越來越快，飛灰磨損越來越嚴重。對于負壓燃燒的鍋爐而言，空預器和煙道漏風量增大時，煙氣容積會不斷增大，煙氣流速隨之加快，磨損也越來越嚴重。鍋爐燃燒時，如果存在燃燒不良的現象，則會使飛灰的含碳量增加。由于焦碳顆粒比飛灰的硬度大，因此，磨損會越來越嚴重。此外，當煙氣余熱換熱器受熱面發生局部煙道堵塞時，煙氣偏流會向未堵塞側流動，進而造成單側局部磨損。

2 煙氣換熱器磨損故障的防范和處理

根據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，防止出現局部的煙氣速度加快和飛灰濃縮集中現象。

2.1 選擇合理的煙氣流速

對于煙氣余熱換熱器而言，為了避免發生嚴重的磨損，煙氣流速必須控制在合理的范圍內。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（煙氣的平均流速應低于11 m/s）或采用螺旋鰭片換熱器（煙氣的平均流速應低于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，還應優化CFD模擬設計，必要時可進行實物模擬流場試驗，使進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，合理分布氣流是防范管道磨損的手段之一。

2.2 擴展受熱面

擴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距，煙氣流過時會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，大顆粒飛灰無法接觸到基管表面。此外，在肋片的作用下，煙氣橫向沖刷不會集中在45°的范圍內，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面，迎風面很少聚會，且煙速越快，積灰就越少。灰粒是依靠分子引力或靜電引力吸附在管壁上的，而管的背面有旋窩區，能使細灰沉積下來，長此以往，便會形成積灰。積灰會降低熱效率、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。研究發現，提高煙氣流速可減輕積灰，但會加重磨損，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，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。經過長期研究發現，ND鋼是目前國內外最理想的“耐硫酸低溫露點腐蝕”用鋼材，這種材料廣泛用于含硫煙氣較大的省煤器。空氣預熱器、熱交換器和蒸發器等裝置設備可用于防范含硫煙氣結露點腐蝕，且具有耐氯離子腐蝕的功能。如圖3所示，ND鋼的耐腐蝕性能優于碳鋼、日本進口同類鋼和不銹鋼。該材料經國內各大煉油廠和制造單位使用后受到廣泛好評，并獲得了良好的使用效果。

2.5 機械防磨損

氣流分布不均勻的現象在煙氣換熱器迎風面最明顯。換熱器中后部會發生均流現象，氣流分布逐步趨于均勻，因此，換熱器的大部分磨損出現在最前端迎風面。長期實踐證明，在換熱器最前面設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，其內部沒

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

3 結束語

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

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕