劉 浪

（攀鋼釩公司能源動力中心，四川攀枝花 617062）

1 前言

攀鋼能源動力中心有一臺型號為CG-90/3.82-Q、自然循環(huán)、膜式壁單爐膛、全鋼架懸吊結構“п”型布置的全燒煤氣鍋爐。該鍋爐于2006年1月投產。

1.1 鍋爐主要參數(shù)參數(shù)

額定蒸汽流量：90 t/h

額定蒸汽壓力：3.82 MP（表壓）

額定蒸汽溫度：450℃

給水溫度：140℃

冷空氣：20℃

鍋爐出口煙氣設計溫度：≤150℃

鍋爐設計效率：≥87.5%

燃料結構：焦爐煤氣：高爐煤氣=1:9（體積比）

設計燃料成分見表1，鍋爐設計熱力計算數(shù)據(jù)匯總見表2。

1.2 鍋爐省煤器概況

鍋爐省煤器為上下級布置，與煙氣流向呈逆流方式的水平管圈組成，置于主煙道的低溫過熱器下方。一、二級均為焊接鰭片式省煤器，一級省煤器沿煙道寬度共有73排蛇形管，二級省煤器沿煙道寬度共有53排蛇形管，平行于側墻順列布置；蛇形管為φ32×3mm，材質為 20/GB3087-1999，焊接式鰭片為扁鋼20×3，材質為Q235-A.F；一級省煤器橫向管排間距35 mm，縱向間距120 mm，二級省煤器橫向管排間距45 mm，縱向間距120 mm。

該鍋爐自投產以來，省煤器頻繁泄漏，截止到2012年12月，其中一級省煤器泄漏11次，二級省煤器泄漏16次，共堵管36根。對省煤器的泄漏位置、時間進行統(tǒng)計，未發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

2 煤氣鍋爐省煤器泄漏原因分析

煤氣鍋爐省煤器泄漏的原因是多方面的，下面對可能因素逐一進行分析：

2.1磨損

該鍋爐的燃料為高爐煤氣與焦爐煤氣，煤氣已經過嚴格除塵處理，煤氣中的粉塵濃度小于5 mg/m3，煤氣燃燒后生成的煙氣大致是煤氣體積的2倍，所

表190t/h鍋爐設計燃料成分

以煙氣中的粉塵濃度大致在2～3 mg/m3，根據(jù)：

表290t/h鍋爐設計熱力計算數(shù)據(jù)匯總表

式中：K—磨損特性系數(shù)，與灰的成分及管道的構造有關；

μ—飛灰濃度；

w—飛灰的速度，近似取煙氣速度；

n—冪指數(shù)，一般取3.3；

δ—飛灰顆粒當量直徑；

D—管道直徑。

所以煙塵對省煤器管子磨損較小，且從省煤器管子的泄漏地點看，管子沒有磨損的痕跡。

2.2 省煤器過熱、超壓

泄漏的省煤器管子進行取樣檢查，未發(fā)現(xiàn)管內結垢及管外積灰的情況，而且對省煤器泄漏的地方進行查看，未發(fā)現(xiàn)爆口的跡象。從運行記錄中的給水壓力、蒸汽壓力、一級省煤器和二級省煤器的煙溫，都未出現(xiàn)過超溫、超壓現(xiàn)象。所以過熱及超壓不是省煤器泄漏的原因。

2.3 省煤器腐蝕

2.3.1 省煤器的低溫腐蝕

使用的焦爐煤氣中H2S含量約為3000 mg/m3，H2S經燃燒后形成SO2或SO3，焦爐煤氣燃燒后形成大量的水蒸汽，鍋爐煙氣中的水蒸汽含量約10%～12%（燃煤鍋爐一般在2%～5%），為硫酸的生產創(chuàng)造了條件。設計給水溫度為140℃，實際給水溫度只有96～100℃，導致一級省煤器下段煙氣溫度低，管壁溫度僅有120～130℃，此溫度恰好位于凝結酸量與腐蝕速度最大范圍內，出現(xiàn)嚴重的低溫腐蝕，當管子腐蝕到一定程度時，就會漏水。從現(xiàn)場查看一級省煤器下段管子的情況：管子上粘附有大量的積灰，用水沖洗后，其背風面露出厚度約為1.5 mm的硬質灰層，這是煙氣中的硫酸蒸汽凝結發(fā)生腐蝕時伴生的低溫粘結性積灰【1】，在硬質灰層覆蓋的管壁上，管子被腐蝕得坑坑洼洼，腐蝕最深有1.52 mm，背風面腐蝕最為嚴重，管壁厚度僅有0.81 mm。測得沖洗管子排出的水的pH值為2～3，說明，煙氣中含有腐蝕性極強的酸性物質。

以上情況說明，燃氣中“硫”成分存在，排煙溫度低導致低溫腐蝕是一級省煤器下段泄漏的重要原因。

2.3.2 省煤器的水側腐蝕

90 t/h鍋爐的給水溶解氧基本維持5 μg/L、給水pH值維持在9.0左右，給水電導維持在4.0 μs/cm左右（國家標準要求溶解氧≤15 μg/L，pH值基本保持在8.8～9.3之間，導電度在10 μs/cm以下）。從以上的給水指標看，省煤器水側腐蝕不易發(fā)生。

2.4 省煤器吸熱面積大，沸騰率高

由表2可以看出一級省煤器設計受熱面積為1437 m2，二級省煤器設計受熱面積為553.3 m2，而根據(jù)省煤器的實際圖紙（如圖1）進行核算：

二級省煤器沿煙道寬度共有53排蛇形管，平行于側墻順列布置，蛇形管規(guī)格為φ32×3mm，焊接式鰭片為扁鋼20×3，則根據(jù)上圖可計算出二級省煤器光管面積為：

32/1000×3.14×5420/1000×16×53＝461m2

由于該省煤器為鰭片式省煤器，根據(jù)擴展受熱面計算公式：

式中：L—管子長度；d—管子直徑（一般取外徑），0.032 mm；h—鰭片高度，0.02 mm。

同長度的光管受熱面積：

圖1 二級省煤器蛇形管布置及截面圖

由公式（2）÷（3）可以得出鰭片管與光管的受熱面積比

K=L[πd+4（h-0.002）]/Lπd=1.72

考慮到省煤器管子彎頭處沒有鰭片，所以取K=1.7，所以二級省煤器的實際受熱面積為：

S=461×1.7=783.7 m2

同理：一級省煤器的實際受熱面積為2027.5。

實際受熱面積與設計值相比較，一級省煤器實際受熱面積比設計面積大590.5 m2，二級省煤器實際受熱面積比設計面積大230.4 m2，省煤器受熱面積增大，吸熱增多，導致省煤器的沸騰率升高，原省煤器設計沸騰率為10.8%，根據(jù)省煤器的實際受熱面及排煙溫度可以算出省煤器的實際沸騰率達到24.39%（一般鍋爐省煤器沸騰率不超過20%），由于沸騰率高，省煤器局部蛇形管發(fā)生膜態(tài)沸騰，導致傳熱惡化，蛇形管局部過熱，使管子出現(xiàn)裂紋或爆管泄漏。

2.5 省煤器的制造缺陷

原為了擴展省煤器受熱面，選擇了縱向鰭片式，鰭片材質選擇的是Q235-A.F，省煤器管子材質為20#G鋼，這兩種材料含碳量及雜質含量低，焊接性好，因此鰭片管焊接內在質量容易保證，但構成鰭片管的管子及鰭片有長度大、壁厚小的特點，焊接后焊縫部位會產生很大的縱向殘余拉應力，所以對焊接要求高。經查，制造該臺鍋爐省煤器的過程中，焊接人員多，焊接順序不合理，焊接電流大小不等因素，導致管子縱向產生殘余應力【3】，在省煤器受熱或冷卻后，部分應力表現(xiàn)尤為明顯，引發(fā)泄漏；同時，經檢查發(fā)現(xiàn)，焊縫收口處存在多處咬邊現(xiàn)象，這也是省煤器泄漏的誘因；另一方面，鰭片省煤器蛇形管與鰭片較長（5 m）焊成一個整體，受熱時鰭片和管子的溫升不同，膨脹量不等，本身內部存在一個很復雜的熱應力狀況，運行中對管子撕裂。

2.6 省煤器的安裝缺陷

按照省煤器的安裝標準【4】及圖紙，對省煤器的聯(lián)箱標高、水平度及膨脹間隙，蛇形管間距及水平度、管夾位置及間隙、吊架等情況進行復查，未發(fā)現(xiàn)超出安裝標準及設計規(guī)范要求的情況，所以省煤器不存在安裝缺陷。

3 改進措施及實施

針對上述原因，根據(jù)鍋爐現(xiàn)有煙氣的露點及鍋爐效率，重新設定排煙溫度為155±5℃、給水溫度為130±5℃，按照現(xiàn)有鍋爐的實際結構型式，過熱器及空氣預熱器結構及面積（實際面積）不變，省煤器采用光管對省煤器的面積進行校核，經過上述校核后，確定為一級省煤器的面積為940 m2，二級省煤器面積為455 m2。按照參燒90%（體積比）高爐煤氣的燃料進行校核計算，其熱力計算匯總如表3。

按照以上確定的省煤器的面積對省煤器進行改造：取消省煤器的鰭片，完全采用光管，省煤器的管徑及壁厚不變，將一級省煤器縱向排數(shù)由原來的73排減少至60排，二級省煤器縱向排數(shù)不變，各進出口聯(lián)箱的標高不變，蛇形管彎頭不變。

省煤器的受熱面積減少，煙氣阻力與原來比略微減小，故煙風系統(tǒng)其他設備不需要改造；另一方面，由于省煤器的面積減小，省煤器的自重也減小，故原系統(tǒng)設計的載荷也能滿足改造要求。

表3 校核改造熱力計算數(shù)據(jù)匯總表

2013年6月停爐對以上方案進行實施，將原省煤器及聯(lián)箱、一級空氣預熱器進行拆除，按照新設計的省煤器及聯(lián)箱進行安裝，對一級空氣預熱器進行了原樣更換。

4 改進效果

按照相應措施改進施工后，于2013年8月10日點爐運行，通過調試，改造后高爐煤氣燒量為8.22萬m3/h、焦爐煤氣燒量為2.49 km3/h、給水溫度為138.2℃、蒸汽負荷90t/h的運行參數(shù)，見表4。

表4 改造后實際運行數(shù)據(jù)

從表4可以看出：鍋爐在接近于設計工況下運行，鍋爐負荷可達到90t/h，排煙溫度能控制在150℃左右，二級空預器出口風溫基本達到設計要求。運行至2014年4月（連續(xù)運行8個月），未出現(xiàn)過省煤器泄漏現(xiàn)象，停爐對一級預熱器及省煤器進行檢查，未發(fā)現(xiàn)預熱器及省煤器管道上有結露及積灰現(xiàn)象；另一方面該鍋爐連續(xù)運行8個月后，一級預熱器及省煤器煙氣差壓基本未發(fā)生變化，說明省煤器及預熱器不再發(fā)生低溫腐蝕。

5 結束語

鍋爐縱向鰭片式省煤器雖然可以擴展受熱面，減少省煤器鋼材消耗，降低排煙溫度，但擴展受熱面不是越大越好，必須根據(jù)吸熱量的需求、排煙溫度要求、省煤器沸騰率等因素確定受熱面面積；且縱向鰭片式省煤器加工過程要求高，質量難以控制，會帶來焊接收口咬邊、焊接殘余應力等缺陷，引發(fā)省煤器的泄漏。通過對省煤器結構型式進行改造，減小受熱面積，使省煤器沸騰率在合理范圍內，在一定范圍內提高給水溫度及排煙溫度，能有效防止省煤器的泄漏。

[1]樊泉桂等.鍋爐原理[M].北京:中國電力出版社，2004.8

[2]王賀軍等.WG670/13.72-1型鍋爐采用H型鰭片式省煤器的設計和運行[J].電力科學與工程.2008.6.第24卷第4期

[3]鄭德升，電站鍋爐省煤器暴漏原因分析及解決措施研究[J]，華北電力大學，2004.5.

[4]高強，鍋爐壓力容器安裝標準規(guī)范[M].吉林:吉林人民出版社，2001.7