壽志毅，徐旭東，李文華，劉含笑，趙 琳，馮國華，顏士娟，郭高飛

(1.浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬?諸暨 311800；2.浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 樂清 325602)

我國燃煤電廠煙氣超低排放與節(jié)能改造已全面實施。據不完全統計，截至2016年底，我國超低排放改造已完成約60%，約4.5億kW，剩余約3億kW，2017～2020年煤電新增機組量約為1.6億kW。在超低改造及節(jié)能改造過程中，金屬管煙氣換熱器應用越來越多，在應用過程中也陸續(xù)有問題暴露，如何正確認清問題的產生機理，并針對性的提出改進措施，對設備后續(xù)的優(yōu)化改進至關重要。

1 金屬管煙氣換熱器簡介

根據煙氣溫度不同，金屬管煙氣換熱器可分為低溫煙氣換熱器(≤220℃)、中溫煙氣換熱器(220～450℃)和高溫煙氣換熱器(≥450℃)；根據換熱器翅片的型式不同，可分為H型翅片、螺旋翅片和針形翅片管換熱器等，如圖1所示。

圖1 不同翅片型式的煙氣換熱器

2 低溫金屬管煙氣換熱器常用布置位置

根據換熱器的功能不同，可將低溫金屬管煙氣換熱器分為煙氣冷卻器和煙氣再熱器兩種，煙氣冷卻器、煙氣再熱器的典型布置方式分別如圖2、圖3所示。其中，煙氣冷卻器可布置在電除塵器前，用于降低電除塵器入口煙氣溫度；也可以布置在濕法脫硫前，用于降低脫硫塔入口煙氣溫度。煙氣冷卻器回收的熱量可以作為電廠原有熱力系統的一級低溫熱源，如汽機回熱系統的一級低加；也可以將這部分余熱用于煙囪前的煙氣再熱器，來加熱排煙溫度。

FGC：煙氣冷卻器；FGR：煙氣再熱器

圖2 典型的技術路線1

FGC：煙氣冷卻器；PCA：相變凝聚器；FGR：煙氣再熱器圖3 典型的技術路線2

3 電除塵器前煙氣冷卻器作用及存在問題

電除塵器布置煙氣冷卻器，通過煙氣冷卻器降低電除塵器入口煙氣溫度至酸露點以下，一般在90℃左右，此時，煙氣中的大部分SO3會在煙氣冷卻器中凝結，并吸附在粉塵表面，使粉塵性質發(fā)生很大變化，降低工況比電阻(如圖4所示)，促進顆粒團聚(如圖5所示)，大幅提高除塵效率(如圖6所示)，同時去除大部分的SO3。此時，電除塵器稱為低低溫電除塵器，煙氣冷卻器(或包含煙氣再熱器)與低低溫電除塵器統稱為低低溫電除塵系統。

圖4 比電阻大幅下降

圖5 細顆粒物降溫團聚示意圖

圖6 提效幅度

根據實際工程調研，部分機組的煙氣冷卻器存在積灰、磨損等問題。磨損是煙氣冷卻器運行中常見的現象，對于燃燒高灰煤的電廠，其磨損現象更為嚴重，不容忽視，飛灰的濃度是導致磨損的主要因素之一。經調研，磨損速度主要與煙塵濃度、煙氣流速、流場、飛灰的物理化學性質、受熱面的布置、結構特性、運行工況等因素有關。

在煙塵濃度方面，煙塵濃度越高，金屬避免所受到的煙塵沖刷越頻繁，磨損風險越高。

煙氣流速方面，受熱面金屬表面的磨損正比于飛灰顆粒的動能和撞擊次數，飛灰顆粒的動能和速度的平方成正比，而撞擊次數同速度的一次方成正比，煙氣冷卻器的磨損就同煙氣速度的三次方呈正比例。

流場方面，經調查及研究表明，若煙氣和飛灰的流場不均勻，設備易發(fā)生局部磨損現象，這將導致煙氣冷卻器迅速損壞。

飛灰的物理化學性質方面，飛灰顆粒的大小、形狀、軟硬、灰熔點大小等對磨損均有影響，因此，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重些；飛灰顆粒磨損性能主要決定于飛灰中SiO2的含量，當其含量超過60%時，磨損顯著加重；當然，引起磨損的最主要因素是灰的濃度。因此，燃用高灰分，低發(fā)熱量的劣質煤，煙氣冷卻器會發(fā)生嚴重磨損。

受熱面的布置方面，煙氣自上而下垂直布置的煙氣冷卻器中的飛灰受重力影響有加速向下沖刷換熱管的現象，但實際應用中其磨損現象并不明顯，因為較細的飛灰顆粒受重力加速的效果并不突出；而對于煙氣自下而上垂直布置的煙氣冷卻器來說，當鍋爐低負荷運行時，煙氣流速較低，煙氣攜帶飛灰的能力降低，較大的顆粒易在底部形成流化區(qū)域，造成流化磨損現象，其磨損情況比煙氣自上而下垂直布置的方式更嚴重。水平布置的煙氣冷卻器的磨損現象與煙氣自上而下垂直布置的煙氣冷卻器相差雖然不大，但水平布置時設備底部容易積灰，相當于減小了煙氣流通截面面積，增大了煙氣流速，因此煙氣自上而下垂直布置的煙氣冷卻器磨損現象最輕。

結構特性方面，管子的布置方式，如翅片形式；錯列，順列；橫向間距，縱向間距，翅片節(jié)距均對磨損有影響。一般H型翅片的磨損現象輕于螺旋翅片，順列磨損現象輕于錯列，節(jié)距的選擇應結合換熱、積灰及磨損現象綜合考慮。運行工況方面，鍋爐運行時，隨著鍋爐負荷的增加，煙氣流速亦相應增加，飛灰磨損亦就加快。對于負壓燃燒的鍋爐，煙道漏風量增大時，因煙氣容積增大流速相應增高，磨損也將加快。鍋爐燃燒時，因燃燒不良而使飛灰含碳量增高時，由于焦碳顆粒的硬度比飛灰的硬度高，因此磨損亦會增大。

通過調研，對于煙氣冷卻器的防磨問題可從主動防磨和被動防磨兩方面進行處理。主動防磨方面，首先，在設計中嚴格控制煙氣流速，對于燃燒高灰煤的環(huán)境來說，在設計時建議煙氣的設計流速低于8.5m/s；其次，煙氣及飛灰流場要均勻，均流系數至少小于0.2；最后，布置方式及設備結構要合理，在有足夠布置空間的前提下，建議采用煙氣自上而下垂直布置的方式。被動防磨方面，當飛灰濃度較高時，在設備的迎風側安裝至少2排與換熱管形式相同的假管，運行時假管不參與換熱，其目的為防磨；另外可采取在前排換熱管上加裝防磨套等措施。

4 濕法脫硫前煙氣冷卻器作用及存在問題

當金屬管式煙氣冷卻器布置在濕法脫硫前時，可降低脫硫塔入口煙溫，減少脫硫塔水耗，同時減少煙氣量，減少風機阻力電耗。但此時因煙氣中煙塵濃度較低，降溫幅度有限，當煙氣溫度降至酸露點以下時，冷凝后的硫酸霧沒有足夠的飛灰吸附、中和，會引起換熱管壁的腐蝕、結垢，如圖7所示。

圖7 金屬管腐蝕結垢嚴重

5 煙氣換熱器作用及存在問題

煙氣再熱器可通過提升排煙溫度來減少電廠白煙排放。

日本一直采用高煙溫排放，以增強煙氣的擴散能力。日本開發(fā)應用了金屬管水媒式煙氣換熱系統(包括煙氣冷卻器和煙氣再熱器)，即在電除塵器前設置煙氣冷卻器，用于降低進入電除塵器的煙氣溫度，一方面可提高電除塵效率、降低脫硫水耗，另一方面，以水作為換熱介質，將回收的煙氣余熱用到后端的煙氣再熱器，以提升排煙溫度，增強煙氣擴散能力。煙氣冷卻器及煙氣再熱器的換熱管束多采用普通碳鋼，但需定期更換。

國內在2014年開始應用金屬管水媒式煙氣再熱技術，達到了減少有色煙羽排放、消除市民視覺污染等效果，與電除塵前煙氣冷卻技術相結合，在電力行業(yè)取得了一定應用。其中，煙氣再熱器安裝在煙囪入口，前端換熱材料采用2205，中段換熱材料采用316L，后端換熱材料采用ND鋼。國內尚缺少長期運行工程經驗，金屬材料仍存在一定的腐蝕風險。

6 結語

低溫金屬管煙氣換熱器在燃煤電廠節(jié)能、減排中的作用日益凸顯，但實際工程中仍然存在一些問題，如磨損、低溫腐蝕等，尚需更多試驗及理論研究。