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(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：TK229.6 文獻(xiàn)標(biāo)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?？?，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(shí)，會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(yán)重。因此，燃用高灰分、低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤會嚴(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(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)，煙氣偏流會向未堵塞側(cè)流動，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，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(qū)，能使細(xì)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(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。空氣預(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，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。

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〔編輯：張思楠〕