朱雪平

(上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155)

0 引言

在火電廠超低排放環(huán)保改造中，因SO2排放質(zhì)量濃度不大于35 mg/m3的限制，脫硫系統(tǒng)必須取消煙氣換熱器(GGH)，取消GGH后面臨煙囪防腐和冒“白煙”的問(wèn)題。為了解決煙囪腐蝕和冒“白煙”的問(wèn)題，大多數(shù)電廠會(huì)考慮增設(shè)低低溫?zé)煔鈸Q熱器(MGGH)。MGGH可通過(guò)其降溫器降低除塵器入口煙溫、減少入口煙氣量，通過(guò)降低煙塵的比電阻來(lái)提高粉塵的驅(qū)進(jìn)速度，從而提高除塵器除塵效率；同時(shí)，可通過(guò)其升溫器將煙囪入口煙氣溫度提高到安全溫度(80 ℃)，有效防止煙囪低溫腐蝕。

由于超低排放改造的緊迫性，致使不少電廠還沒(méi)來(lái)得及慎重思考，也沒(méi)進(jìn)行充分的調(diào)研就進(jìn)行改造，造成改造后不久(有的甚至投運(yùn)不到半年)就開(kāi)始出現(xiàn)MGGH磨損腐蝕嚴(yán)重、泄漏、堵塞等問(wèn)題，影響MGGH的換熱效果和除塵器輸灰系統(tǒng)的正常運(yùn)行。更有甚者，出現(xiàn)煙塵排放超標(biāo)，被環(huán)?？己耍o企業(yè)帶來(lái)重大損失。

本文從設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面對(duì)MGGH泄漏的原因進(jìn)行分析，并制定對(duì)策，以解決低低溫設(shè)備運(yùn)行中的一些實(shí)際問(wèn)題。

1 MGGH泄漏的原因

MGGH系統(tǒng)典型工藝布置如圖1所示。

圖1 MGGH系統(tǒng)典型工藝布置

1.1 換熱器管材選擇不當(dāng)

MGGH材質(zhì)選擇不當(dāng)是引起換熱器泄漏的主要原因之一。

1.1.1 MGGH降溫段材質(zhì)選擇

根據(jù)低溫腐蝕機(jī)制，影響換熱管低溫腐蝕的不是煙氣溫度而是管壁壁溫，當(dāng)管壁壁溫接近或者低于酸露點(diǎn)溫度時(shí)，在受熱面上會(huì)發(fā)生低溫腐蝕，只有管壁壁溫高于酸露點(diǎn)溫度10 ℃以上，才能避免發(fā)生受熱面低溫腐蝕。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往由于換熱的需要，需將煙氣溫度降低到露點(diǎn)溫度以下，但有實(shí)踐證明，在壁溫低于酸露點(diǎn)的情況下也能做到有限的低溫腐蝕。當(dāng)換熱管壁溫在水蒸氣露點(diǎn)溫度25～105 ℃范圍內(nèi)時(shí)，20 G的腐蝕速率不大于0.2 mm/a，而ND鋼的腐蝕速率在0.1 mm/a以下，這樣的腐蝕速率在工程應(yīng)用上是可以接受的[1]。

20 G和ND鋼是目前應(yīng)用較多的換熱管材質(zhì)。20 G廣泛用來(lái)制造介質(zhì)溫度<430 ℃的換熱器、過(guò)熱器、水冷壁、給水、主蒸汽管等，但其抗低溫腐蝕性能差。ND鋼是一種新型的耐硫酸露點(diǎn)腐蝕用鋼，其主要特點(diǎn)是在中溫度、中濃度的硫酸中會(huì)由于腐蝕而發(fā)生鈍化，在鋼的表面形成一層富Cu，Cr，Sb等元素的薄膜，從而具有高的耐硫酸腐蝕能力，廣泛用于制造在高含硫煙氣中服役的換熱器、空氣預(yù)熱器、熱交換器和蒸發(fā)器等裝置設(shè)備，用于抵御含硫煙氣結(jié)露腐蝕[1]。

1.1.2 MGGH升溫段材質(zhì)選擇

日本傾向于使用鐵素體不銹鋼，該鋼種由于不含鎳，其對(duì)氯化物的應(yīng)力腐蝕斷裂具有天生的免疫力，耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于其他種類的不銹鋼，推薦低溫段材質(zhì)選擇SUS444[1]。

國(guó)內(nèi)某集團(tuán)傾向于使用高品質(zhì)的奧氏體不銹鋼及雙相不銹鋼。高品質(zhì)的奧氏體不銹鋼是一種含碳量很低的高合金化不銹鋼，由于較高的鉻、鎳、鋁和銅含量，尤其在稀硫酸中具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。雙相不銹鋼是一種鐵素體相和奧氏體相共存的不銹鋼，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無(wú)室溫脆性；與奧氏體相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕能力有明顯提高，推薦低溫段材質(zhì)選擇2205，S31254等[1]。

在升溫段布置濕式電除塵器后，經(jīng)過(guò)前段低低溫電除塵器、濕法脫硫系統(tǒng)及濕式電除塵器的脫除作用，煙氣中大部分的SO2及SO3都被去除，受熱面的SO3低溫結(jié)露腐蝕減弱，但脫硫后的煙氣一般還含有氟化氫和氯化物等強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，是一種腐蝕強(qiáng)度高、滲透性強(qiáng)且較難防范的低溫、高濕、稀酸型腐蝕狀況，對(duì)于防止C1-，F(xiàn)-的腐蝕就顯得尤為重要[1]。

因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際煙氣環(huán)境情況選擇合理材質(zhì)：一般煙氣再熱低溫段材質(zhì)選擇不低于SUS444(約占總換熱面積的35%)，中溫段和高溫段材質(zhì)選擇不低于ND鋼(約占總換熱面積的65%)[1]。

1.2 磨損

磨損主要是由于飛灰顆粒的機(jī)械作用，即由于飛灰顆粒的沖擊作用和切削作用而引起的。影響飛灰對(duì)管子磨損的因素主要有煙氣流速、飛灰濃度、灰的物理化學(xué)性質(zhì)、受熱面的布置與結(jié)構(gòu)特性和運(yùn)行工況等。

1.2.1 煙氣流速

受熱面金屬表面的磨損正比于飛灰顆粒的動(dòng)能和撞擊次數(shù)。飛灰顆粒的動(dòng)能和速度的平方成正比，而撞擊次數(shù)同速度成正比，管子金屬面的磨損同煙氣速度的三次方成正比。

在選型設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)煙道內(nèi)部的煙氣動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和優(yōu)化處理，防止煙氣偏流的發(fā)生；避免出現(xiàn)煙氣走廊、煙氣偏流、局部漩渦；針對(duì)不同的工況、使用條件選擇合適的煙氣流速進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證煙氣進(jìn)、出口端和受熱面煙氣流場(chǎng)均勻。其中，MGGH進(jìn)口煙氣導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)尤為重要，導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)應(yīng)在考慮煙氣均流的同時(shí)，控制好其伸入低低溫入口的位置，避免導(dǎo)流板伸入位置控制不當(dāng)造成氣流直接沖刷換熱器管壁的情況發(fā)生。

1.2.2 飛灰物理特性

在磨損中起主要作用的是飛灰中那些大的顆粒；其次，具有足夠硬度和銳利棱角的顆粒要比球形顆粒磨損更嚴(yán)重些?；伊Ｄp性能主要取決于灰中SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)60%時(shí)，磨損顯著加重。

(1)換熱管的布置與結(jié)構(gòu)。H型翅片管換熱器采用順列布置，翅片把空間分成若干小的區(qū)域，對(duì)氣流有均流作用，可大大減小磨損，提高使用壽命。

(2)影響磨損的其他因素。除上述因素外，燃料灰分、爐型、燃燒方式、煙道形狀、局部飛灰濃度、管徑等對(duì)磨損均有影響。

鍋爐運(yùn)行時(shí)，隨著鍋爐負(fù)荷的增加，煙氣流速相應(yīng)增加，飛灰磨損加快。對(duì)于負(fù)壓燃燒的鍋爐，煙道漏風(fēng)量增大時(shí)，流速因煙氣容積增大相應(yīng)增高，磨損也將加快。鍋爐燃燒時(shí)，因燃燒不良而使飛灰含碳量升高時(shí)，由于焦炭顆粒的硬度比飛灰的硬度高，磨損亦會(huì)增大。此外，當(dāng)MGGH受熱面發(fā)生局部煙道堵塞時(shí)，未堵塞側(cè)煙速提高，造成單側(cè)局部磨損；而當(dāng)MGGH前省煤器灰斗、選擇性催化還原法脫硝(SCR)灰斗輸灰不暢時(shí)，會(huì)增加進(jìn)入MGGH煙氣的含灰濃度和粗灰顆粒含量，造成MGGH降溫器磨損加劇。

1.2.3 安裝問(wèn)題引起的換熱器管道磨損

因MGGH模塊安裝不到位，造成運(yùn)行中換熱器管束與隔倉(cāng)板摩擦，導(dǎo)致?lián)Q熱器管束磨損。

1.3 腐蝕

1.3.1 換熱器出口煙溫與入口水溫選擇不合理

當(dāng)煙溫或受熱面壁溫降低到酸露點(diǎn)以下時(shí)，鍋爐煙氣中的SO3開(kāi)始凝結(jié)生成硫酸，硫酸引起腐蝕，其腐蝕速率取決于酸冷凝沉積率，最大腐蝕速率發(fā)生在酸露點(diǎn)溫度以下15～30 ℃和水露點(diǎn)溫度以下。換熱器出口煙溫選擇過(guò)低，換熱器壁溫會(huì)落到腐蝕速率高的區(qū)域，會(huì)加重酸的凝露與沉積，加快腐蝕速度。通常認(rèn)為，出口煙溫低于酸露點(diǎn)15 ℃時(shí)換熱器壁溫位于酸沉積率最低點(diǎn)，換熱器工作在低腐蝕速率區(qū)域內(nèi)，到達(dá)換熱器表面的酸量會(huì)大幅減少。 而在工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)值往往與最佳溫度區(qū)域有一定差值，因此造成換熱器腐蝕。

1.3.2 升溫段換熱面積裕量太小

由于MGGH升溫段換熱面積裕量太小，造成MGGH升溫段出口溫度達(dá)不到預(yù)定值，引起MGGH升溫段出現(xiàn)低溫腐蝕。

1.3.3 將降溫段不同煙道按統(tǒng)一參數(shù)設(shè)計(jì)

MGGH降溫段布置在除塵器入口時(shí)，不同煙道內(nèi)均需裝有換熱器，而每個(gè)煙道內(nèi)煙氣流量和煙溫往往是不一樣的，設(shè)計(jì)時(shí)如將不同煙道按照統(tǒng)一參數(shù)設(shè)計(jì)成同規(guī)格的換熱器，則會(huì)造成MGGH升溫段出口煙溫達(dá)不到預(yù)定值，引起MGGH升溫段出現(xiàn)低溫腐蝕。

1.3.4 升溫器殼體泄漏引起升溫器溫度下降

由于MGGH的升溫器受熱面煙氣外漏或者空氣內(nèi)漏引起MGGH升溫器溫度下降，引起升溫器發(fā)生低溫腐蝕。

另外，除鹽水水質(zhì)如果存在問(wèn)題，則會(huì)引起MGGH管件內(nèi)部化學(xué)腐蝕。

1.4 積灰

1.4.1 機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)飛灰沉積

當(dāng)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷低時(shí)，煙氣中飛灰容易沉積在鰭片管間隙內(nèi)形成積灰，積灰會(huì)降低低低溫?zé)煔鈸Q熱器的換熱效果，同時(shí)使煙氣流速不均，加快換熱器的局部磨損。

1.4.2 管子磨損泄漏引起積灰

當(dāng)MGGH出現(xiàn)管子磨穿漏水時(shí)，換熱器表面很快就積灰，造成局部堵塞，在增加系統(tǒng)煙氣阻力的同時(shí)，會(huì)使煙氣氣流不均，造成換熱器其他部位的管子磨損加快。

2 防止MGGH泄漏的對(duì)策

2.1 選擇合適的換熱器管型、管材和管壁厚度

MGGH的管束選用H型或雙H型翅片管；降溫段的高溫段選用20 G、低溫段選用ND鋼；升溫段的高、中溫段材質(zhì)選擇不低于ND鋼，低溫段材質(zhì)不低于SUS444；管壁厚度選擇在4～5 mm之間。

2.2 選擇合理的煙氣流速

煙氣流速正常控制在9.5～10.0 m/s。

2.3 優(yōu)化設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和布置方式

合理設(shè)計(jì)換熱器結(jié)構(gòu)，在保證流場(chǎng)均勻的前提下，使煙氣流對(duì)換熱面保持適度的沖刷，可實(shí)現(xiàn)一定的自清潔；采用劃小區(qū)域多點(diǎn)布置方式，設(shè)置吹灰器；停機(jī)時(shí)徹底清理。

2.4 優(yōu)化鍋爐燃燒，選擇合適煤種，加強(qiáng)設(shè)備檢修和維護(hù)

優(yōu)化鍋爐燃燒，選擇合適煤種。

加強(qiáng)煙風(fēng)道系統(tǒng)的檢修和維護(hù)，避免因煙道漏風(fēng)過(guò)大、流速增高而加劇MGGH管束的磨損。

加強(qiáng)對(duì)省煤器倉(cāng)泵和SCR倉(cāng)泵的檢修和維護(hù)，保證省煤器倉(cāng)泵和SCR倉(cāng)泵輸灰正常，減少粗顆?；伊＿M(jìn)入MGGH而加劇換熱器管束的磨損。

2.5 優(yōu)化換熱器換熱管排的制造工藝，控制好換熱器安裝質(zhì)量

把換熱管排兩端的彎頭設(shè)置在煙道外側(cè)，內(nèi)側(cè)換熱管束設(shè)為定長(zhǎng)并整根制作，保證中間無(wú)對(duì)接焊縫，這樣可以減少因制作問(wèn)題而帶來(lái)的管束泄漏隱患。

嚴(yán)格按照MGGH安裝工藝進(jìn)行安裝和驗(yàn)收，避免因安裝質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致?lián)Q熱器磨損泄漏。

2.6 對(duì)酸露點(diǎn)的計(jì)算盡可能準(zhǔn)確，合理選擇MGGH出口煙溫

對(duì)酸露點(diǎn)的計(jì)算盡可能準(zhǔn)確；MGGH的降溫段出口煙溫盡可能控制在90～95 ℃，最高不超過(guò)100 ℃，升溫段出口煙溫控制在80 ℃以上。

2.7 設(shè)計(jì)時(shí)換熱器留有足夠的換熱裕量

設(shè)計(jì)時(shí)出口煙溫保證值按照出口煙溫設(shè)定值上下浮動(dòng)8～10 ℃來(lái)界定。換熱器留有足夠的換熱裕量，保證在運(yùn)行工況改變時(shí)換熱器出口煙溫仍能達(dá)到設(shè)定值。

2.8 按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定各煙道換熱器大小

根據(jù)各煙道實(shí)測(cè)煙氣流量和煙溫來(lái)確定降溫段各煙道換熱器的大小，避免個(gè)別煙道換熱器出口煙溫達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

2.9 防止因漏風(fēng)引起的低溫腐蝕

設(shè)計(jì)、安裝時(shí)將集箱處的穿墻管、彎頭穿出煙道等部位均采用密封滿焊方式，并在彎頭外側(cè)位置設(shè)計(jì)有密封盒子，充分保證煙道的密封性，避免煙道漏風(fēng)造成低溫腐蝕。

2.10 加強(qiáng)MGGH的運(yùn)行調(diào)整

低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)對(duì)MGGH的吹掃，防止過(guò)多灰塵沉積于換熱器上。

2.11 加強(qiáng)低低溫設(shè)備的檢查和維護(hù)

加強(qiáng)低低溫設(shè)備的檢查和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理；運(yùn)行中如若出現(xiàn)換熱器泄漏，及時(shí)隔斷相關(guān)管組(或模塊)。

2.12 煙氣換熱器最前端防磨

煙氣換熱器最前端加裝兩排假管，并做防磨處理；或在第1排換熱管入口加裝防磨罩，以減輕前端換熱管排的磨損。

2.13 低溫天氣設(shè)備停運(yùn)后及時(shí)排放積水

在寒冷天氣，設(shè)備停運(yùn)后及時(shí)開(kāi)啟低低溫各管組的集箱和母集箱、供水管道的排污閥進(jìn)行排水，以防因積水而造成換熱管凍壞。

2.14 其他措施

換熱器分組設(shè)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)泄漏時(shí)可實(shí)現(xiàn)在線隔離，不影響其他小區(qū)正常換熱；設(shè)置受熱面泄漏監(jiān)控報(bào)警裝置。在MGGH升溫段和降溫段的每個(gè)分模塊小區(qū)底部設(shè)置獨(dú)立的匯水導(dǎo)槽，并設(shè)置疏水管，以便換熱器泄漏時(shí)積水能及時(shí)排出。安裝高溫?zé)煔鉂穸葍x，當(dāng)有換熱管泄漏時(shí)，高溫?zé)煔鉂穸葍x的檢測(cè)觸點(diǎn)發(fā)出短路報(bào)警信號(hào)，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備泄漏。

需要特別提醒的是：MGGH設(shè)計(jì)時(shí)必須先做煙氣流場(chǎng)數(shù)字模擬試驗(yàn)，必要時(shí)加做煙氣流場(chǎng)物理模擬試驗(yàn)，優(yōu)化煙氣流場(chǎng)，確保煙氣流場(chǎng)均勻。有的單位因未進(jìn)行煙氣流場(chǎng)試驗(yàn)而導(dǎo)致MGGH安裝后短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)泄漏，善后處理非常麻煩。另外，MGGH系統(tǒng)各模塊進(jìn)口門、出口門、旁路門等閥門的檢修必須重視，如若MGGH模塊發(fā)生泄漏而發(fā)電機(jī)組又無(wú)法及時(shí)停運(yùn)時(shí)，需要通過(guò)隔絕相關(guān)模塊來(lái)隔斷水源，而此時(shí)如果閥門隔不斷，則漏在低低溫內(nèi)的水會(huì)流入后續(xù)設(shè)備(除塵器煙道及灰斗)內(nèi)，引起除塵器短路和干除灰系統(tǒng)癱瘓，最終導(dǎo)致機(jī)組煙塵排放超標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在目前新的環(huán)保形勢(shì)下，火電廠進(jìn)行超低排放改造勢(shì)在必行，但如何避免改造后出現(xiàn)MGGH的泄漏問(wèn)題是每個(gè)業(yè)主在改造前應(yīng)該考慮的問(wèn)題，也是已經(jīng)改造完的業(yè)主必須解決的問(wèn)題，希望本文能給相關(guān)業(yè)主提供借鑒，以避免或減少M(fèi)GGH泄漏。