李 偉 殷兆國 肖易萍 丁春雨 高銘志

海洋石油工程股份有限公司

燃氣鍋爐煙氣余熱換熱器故障與處理探究

李 偉 殷兆國 肖易萍 丁春雨 高銘志

海洋石油工程股份有限公司

為降低燃氣鍋爐煙氣余熱換熱器故障發(fā)生概率，需要分析發(fā)生故障的原因，進而采取有效措施解決該些故障。常見引發(fā)換熱器爆管、磨損以及堵塞現(xiàn)象的原因有煙氣流速、溫度、飛灰等多項因素。通過控制煙氣流速、控制飛灰、控制溫度等手段方式，可以減少換熱器故障的發(fā)生，從而更好的進行鍋爐工作。

燃氣鍋爐；煙氣余熱；換熱器；故障

引言

現(xiàn)階段，燃氣鍋爐煙氣余熱換熱器應(yīng)用范圍越來越廣，在許多行業(yè)得到了有效應(yīng)用，起到了節(jié)能減排等重要作用。在換熱器不斷應(yīng)用過程中，出現(xiàn)了各種因素造成爆管、磨損和堵塞現(xiàn)象。因此，有必要針對造成換熱器故障的原因進行分析，找到引起換熱器故障的主要原因，采取合理、有效的措施，從而解決換熱器各種故障問題。

1 燃氣鍋爐煙氣余熱換熱器故障

1.1 煙氣流速

煙氣流速與金屬受熱表面磨損有直接聯(lián)系。由于煙氣走廊阻力較小，加之煙氣管道較為狹窄，該部位的灰塵流動速度會隨著煙氣的流動而加快，從而容易造成管道局部嚴重磨損。經(jīng)水平對流煙道煙氣轉(zhuǎn)入下行尾部煙道時，因為氣流轉(zhuǎn)彎，飛灰被拋向后墻周圍，增加此處飛灰濃度，使得后墻管道的磨損更加嚴重。當(dāng)煙氣入射分布不均勻時，會使得局部煙氣流速過快，進而出現(xiàn)煙氣偏流的現(xiàn)象，甚至造成嚴重磨損。

1.2 灰塵

燃料燃燒后中只有10%的灰分會落到爐膛冷灰斗內(nèi)，而90%的灰分都懸浮在煙氣中變成飛揚狀態(tài)。黨管道中飛灰流動時，受煙氣流速作用，使得磨損管道內(nèi)壁現(xiàn)象更加嚴重。灰粒的形狀、大小、硬度及熔點等都會影響磨損程度。其中中較大顆粒的飛灰、具有足夠硬度和銳利棱角顆粒的飛灰比球形顆粒磨損程度更高。

1.3 低溫腐蝕

安裝在鍋爐尾部的煙氣余熱換熱器，當(dāng)煙氣進入換熱器開始熱交換后，溫度會逐漸降低。一般情況下，燃煤鍋爐空預(yù)器出口煙氣水的結(jié)露點為50℃，結(jié)露現(xiàn)象不會出現(xiàn)，但因為煙氣中存在酸性氣體，酸結(jié)露現(xiàn)象出現(xiàn)概率大幅度提升。當(dāng)換熱器金屬壁溫低于煙氣酸的結(jié)露點時，含有硫酸酐的煙氣水蒸氣會在壁面凝結(jié)，從而導(dǎo)致管道腐蝕。由于尾部受熱面區(qū)段的管壁和煙氣溫度較低，因此該該現(xiàn)象又稱為低溫腐蝕。

1.4 其他因素

除上述因素外，爐型、燃料灰分、布置形式、燃燒方式、局部飛灰濃度、管道大小都會導(dǎo)致磨損現(xiàn)象。鍋爐運行時，鍋爐負荷的增加會使得煙氣流速越來越快，從而導(dǎo)致飛灰磨損更加嚴重。對負壓燃燒鍋爐來說，煙道漏風(fēng)量上升時，煙氣容積隨之變大，隨之提升了煙氣流速，造成越來越嚴重的磨損。鍋爐工作時，不充分燃燒會增加灰塵碳含量。因為飛灰硬度小于焦碳顆粒，所以磨損會越來越嚴重。此外，當(dāng)發(fā)生煙氣余熱換熱器受熱面局部煙道堵塞時，煙氣偏流會向未堵塞側(cè)流動，從而導(dǎo)致單側(cè)局部磨損。

2 燃氣鍋爐煙氣余熱換熱器故障處理探究

2.1 控制煙氣流速

為避免產(chǎn)生嚴重磨損，對于煙氣余熱換熱器來說，必須控制煙氣流速在合理的范圍內(nèi)。對于布置在除塵器前的煙氣換熱器，可采用螺旋鰭片換熱器或H 形鰭片管換熱器；對于布置在除塵器后換熱器，由于煙氣中的飛灰通常小于100 mg/Nm3，可適增加快煙氣流速，流速控制在12-13 m/s 即可。同時，要優(yōu)化CFD 模擬設(shè)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，防范管道磨損的手段之一就是合理分布氣流。

2.2 控制灰塵濃度

在背風(fēng)面是飛灰主要聚積區(qū)域，迎風(fēng)面較少出現(xiàn)飛灰。越快的煙氣流速，產(chǎn)生的灰塵集聚就越少。依靠靜電引力和分子引力吸附在管壁上的灰粒，在管背面的旋窩區(qū)可以沉積細微灰塵，長此以往，大量灰塵會集聚在這里?；覊m積聚不理熱效率發(fā)揮，導(dǎo)致鍋爐使用壽命縮短。所以，要處理和控制積灰。研究發(fā)現(xiàn)，提高煙氣流速可減輕積灰，但會加重磨損。選擇合理的吹灰裝置。常見的吹灰器有聲波吹灰和蒸汽吹灰等。采用煙氣余熱換熱器的煙氣溫度較低、灰塵很細，因此一般選擇蒸汽吹灰。高壓水沖洗分為停機清洗和在線清洗。為避免低溫腐蝕，結(jié)合煙氣余熱換熱器中的煙溫較低，一般選擇停機清洗的方式。

2.3 控制溫度

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)露點腐蝕，且具有耐氯離子腐蝕的功能。ND 鋼的耐腐蝕性能優(yōu)于碳鋼、日本進口同類鋼和不銹鋼。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。

2.4 其他控制措施

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，所以，大部分換熱器的磨損往往發(fā)生在迎風(fēng)面最前端。設(shè)置多層空的換熱管能夠降低換熱器磨損。采用均流作用比較明顯的H形翅片管，該管內(nèi)部無換熱介質(zhì)、可定期更換和拆卸?，F(xiàn)階段，在換熱器的實際使用中防磨損換熱管起到了較好的防磨作用。擴展受熱面可降低煙氣對煙氣余熱回收裝置的沖刷磨損，有效增強受熱面的抗磨能力。

結(jié)束語

綜上所述，常見引發(fā)換熱器爆管、磨損以及堵塞現(xiàn)象的原因有煙氣流速、溫度、飛灰等多項因素。為降低燃氣鍋爐煙氣余熱換熱器故障發(fā)生概率，需要分析發(fā)生故障的原因，進而采取有效措施解決該些故障。通過控制煙氣流速、控制飛灰、控制溫度等手段方式，可以減少換熱器故障的發(fā)生，從而更好的進行鍋爐工作。

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