鍋爐低壓省煤器損壞原因分析及改進措施

張潤澤 ,范 杰 ,陳 通

(1:邯鋼設備動力部2:邯鋼邯寶公司能源中心，河北邯鄲 056002）

前言

低壓省煤器是利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱給水以降低排煙溫度的鍋爐部件，布置在對流管束后部的煙道中。鍋爐給水經過省煤器水溫升高，排煙溫度降低，減少了熱損失，節省了燃料，提高了鍋爐效率。在電廠中,鍋爐排煙溫度高所造成的熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項,占70%～80%[1]，邯鋼邯寶公司能源中心1#260 t/h 煤氣鍋爐的低壓省煤器處于鍋爐煙道尾部，目前腐蝕泄漏損壞嚴重，已無法使用，造成鍋爐排煙溫度最高達190 ℃，鍋爐發電效率低，發電蒸汽單耗高達4.8 kg/kWh，造成能源浪費的同時也影響公司發電效益，亟需對其進行升級改造。

1 基本工藝流程

邯鋼邯寶能源中心1#煤氣鍋爐產汽量在260 t/h 左右，其中鍋爐燃燒系統煙氣在700 ℃左右，經過上省煤器、下省煤器、空氣預熱器、低壓省煤器后溫度降至120 ℃左右排放。汽機凝水60 ℃左右，通過3 臺低壓加熱器抽取汽輪機蒸汽預熱，一號低加由60 ℃加熱到62 ℃，二號低加由62 ℃加熱到69 ℃，三號低加由69 ℃加熱到110 ℃之后送入除氧器，水量約200 t/h；系統補水通過低壓省煤器與汽機凝水混合后直接進入除氧器。煙氣余熱回收技術即將鍋爐系統補水通過布置在煙道中的低壓省煤器吸收鍋爐外排煙氣熱量，提高入除氧器水溫，降低除氧用蒸汽消耗。鍋爐系統補水經過低壓省煤器與原汽機凝水混合后水溫由65～80℃上升至90～100℃，鍋爐排煙溫度由190℃降低至120℃，大大減少了低壓加熱器和除氧器蒸汽消耗量，降低了發電機組蒸汽單耗，提高了發電鍋爐經濟效益。原工藝流程如圖1所示。

圖1 原工藝流程圖

2 低壓省煤器損壞原因分析

2.1 低壓省煤器腐蝕現象

鍋爐低壓省煤器的腐蝕主要包括管內腐蝕和管外腐蝕[2]。管內腐蝕屬于氧腐蝕，是指鍋爐給水雖然經過除氧器進行處理，但仍然還有少量殘存的氧，而氧的化學性質很活潑，極易與低壓省煤器中碳鋼管道內壁進行反應，產生氧化鐵皮，這種腐蝕現象稱為管道氧腐蝕。管外腐蝕主要是由于鍋爐外排煙氣中含有硫物質，由于排煙溫度在130 ℃左右，這樣極易造成煙氣中的硫物質與氧氣發生化學反應產生二氧化硫，在通過鍋爐低壓省煤器時，由于低壓省煤器內部含有熱媒水，管道外排壁溫度往往在50 ℃左右，易造成管道外壁附著水蒸氣冷卻析出的含硫酸性凝結水，長期運行導致低壓省煤器的酸腐蝕。

經現場觀察，發現鍋爐低壓省煤器腐蝕也是由上述兩方面原因造成。一是由于低壓省煤器外部被含酸雜質附著堵塞腐蝕，經觀察低壓省煤器附著物多少與熱媒水溫有明顯關系，水溫較低時，煙氣中酸性物質析出結露，黏附煙氣中灰塵，附著在換熱器表面并結塊，久而久之造成流道堵塞，且附著物為酸性物質，長時間附著導致低壓省煤器腐蝕損壞，如圖2所示。二是由于除氧器除氧效率不高，導致換熱水含氧量超標，換熱水中的氧與低壓省煤器中的鐵元素反應產生Fe2O3和Fe3O4，致使低壓省煤器管內部腐蝕。

圖2 低壓省煤器腐蝕情況

2.2 低壓省煤器焊口撕裂分析

經現場觀察，發現低壓省煤器換熱板中水流入進口附近換熱板即低水溫區域換熱板板對、泡點均未腐蝕、泄漏。換熱器出口區域即高水溫區域換熱板（水側約110 ℃的區域），無堵塞，無腐蝕麻坑，但出現泡點泄漏。根據泄漏泡點位置主要位于熱媒水行程的末端，經分析確定泄漏與在線啟停操作熱媒水存在直接關系。在鍋爐運行期間，排煙溫度可達最高煙溫190 ℃，熱媒水由80 ℃急劇升高至110 ℃，溫度超過常壓狀態下的汽化點。當在線啟停系統時，注水或排污過程中，造成水側無壓力或壓力低，熱媒水在換熱器內快速汽化，體積快速膨脹，沖擊板對，板對的焊接點為板對較為薄弱位置，如此反復，造成板對焊點被撕裂，造成板對泄漏。

3 改進措施

3.1 低壓省煤器材質升級改換，減少設備腐蝕

針對邯鋼邯寶能源中心1#煤氣鍋爐低壓省煤器的腐蝕主要由于管內氧腐蝕和管外硫酸腐蝕造成，在對低壓省煤器改造時著重對材質進行了升級，采用2205 雙相不銹鋼替代原20G 低碳材質。2205 雙相不銹鋼兼有兩相組織特征,既具有鐵素體不銹鋼導熱系數大,耐點蝕、縫隙腐蝕及氯化物應力腐蝕的特點,又具有奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕、力學性能和焊接性能好的特點。2205 型雙相不銹鋼導熱系數比316L 高約30%,屈服強度高1 倍以上,適宜于制造換熱設備。雙相不銹鋼中加入適量的氮不僅改善了鋼的耐點蝕和耐應力腐蝕性能,而且不會由于焊接熱影響區晶粒嚴重粗化而使塑、韌性大幅降低,對焊接熱裂紋也不敏感,因而焊接熱影響區的耐蝕和力學性能有所提高[3]。

3.2 提高熱媒水水溫，減少泡點撕裂

針對低壓省煤器焊口撕裂問題，設計一種補水方案以提高進入低壓省煤器的煙氣過熱器熱媒水水溫，將汽輪機1#低壓加熱器出口凝結水做為進入低壓省煤器的補水，介質由原來的20 ℃提高到70 ℃，回水進入3#低壓加熱器，然后再進入除氧器，在實現電廠正常水循環同時也提高了熱媒水溫度，減少介質汽化時間，當在線啟停系統時，注水或排污過程中，減少熱媒水汽化膨脹對低壓省煤器焊口的沖擊，解決了低壓省煤器煙氣過熱器管道撕裂泄漏的問題。改進后工藝流程圖如圖3所示。

圖3 改進后工藝流程圖

4 運行效果及經濟效益分析

通過對邯鋼邯寶能源中心1#煤氣鍋爐低壓省煤器腐蝕損壞原因分析研究，著重從低壓省煤器材質由碳鋼材質升級為2205 雙相不銹鋼材質及提高熱媒水水溫兩方面提高低壓省煤器運行壽命。改進完成后該鍋爐低壓省煤器已正常運行一年時間，在檢修時對低壓省煤器檢查未發現管道有腐蝕情況，如圖4所示。

圖4 改造后低壓省煤器運行情況檢查圖

在提高設備壽命的同時蒸汽消耗量與原低壓省煤器相比降低約10%，排煙溫度由最高190 ℃降低至128 ℃，凝結水由65～80 ℃加熱至90～100 ℃，發電蒸汽單耗由4.8 kg/kWh 降至4.5 kg/kWh。邯寶自備電廠1#發電機組2019 年發電約13922 萬kWh，年 創 效=（13922 ×4.8 ÷ 4.5-13922）×0.55≈510萬元。

本次改造延長了設備壽命，降低了發電蒸汽單耗，取得了較好的節能效益。