低温省煤器在锅炉中的应用研究

[摘 要]低温省煤器是进行余热利用的一种重要设备，针对锅炉低温省煤器改造后，低温省煤器易发生堵塞及泄露，对泄露原因进行分析，并提出合理的预防及整改措施

[关键词]低温省煤器；泄露原因；预防措施

中图分类号：TK223.33 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0134-01

0 引言

锅炉效率是火电厂经济性运行的重要指标。而锅炉排烟热损失约占锅炉总体热损失的70%以上，对锅炉效率具有重大影响。研究结果表明，锅炉排烟温度每上升20℃，锅炉效率将下降l%，火电厂机组的年平均标煤耗将随之上升3 g/（kW・h）以上。与此同时，锅炉排烟温度偏高还将造成粉尘、SO：、NO，等污染物排放量的增加。而随着新的煤电节能减排升级与改造行动计划的推出，对火电厂锅炉尾部烟气余热进行回收的改造工作势在必行。

随着能源紧缺度不断增加，给各生产企业的生产提出了严峻的考验。提高能源利用率，减少能源损耗成为企业减少生产成本，扩大经济效益的新途径。余热锅炉是企业应用较为广泛的节能设备之一，余热锅炉是回收各类余热，提高能源利用率的常用设备，在实际运行中由于受热面部位灰尘积累、磨损、省煤器腐蚀等问题，常会影响余热锅炉运行的安全性和稳定性。尤其是省煤器的泄漏问题，一旦发生将直接影响余热回收系统的正常运行，了解省煤器泄漏原因，如何采取有效措施防止省煤器泄漏是本文要讨论的主要问题。

1 系统概述

1.1 技术原理

烟气余热回收系统采用卧式相变烟气余热回收系统，该系统主要包含两大部分，一部分为蒸发换热器，布置在烟道内；另一部分为相变换热汽包，布置在烟道外部的蒸发换热器上方某处。蒸发换热器与相变换热汽包的壳程相连接，即为内循环。内循环以水为换热媒介，热媒介质水并依靠水蒸气及水之间的重力差在内循环内形成闭式循环。相变换热汽包的管程与低加回热系统的凝结水管道并联，即外循环。外循环的凝结水吸收相变换热汽包壳程内水蒸汽的汽化潜热，被加热后回到低加回热系统。

1.2 系统运行状况

该烟气余热回收装置投入运行后，累计运行约420 d后，发现泄漏情况，详细情况如下：根据运行值班人员反映，一段时间后开始必须向烟气余热回收装置内循环系统注水，才能保证烟温降低至预期值。此外，炉后尾部烟道出现了渗水等一系列问题。

2 低温省煤器泄漏原因

2.1 疲劳损坏

低温省煤器的疲劳损坏主要是由于在实际生产中，生产工艺的实际值低于设计值，使余热锅炉的蒸发量减少，这就直接导致低温省煤器的给水速度和给水量的降低，使低温省煤器的出水温度几乎达到沸腾状态，产生的气水混合物较多。这种气水混合物在竖直管道中分布较为均匀，但在水平管道中则会出现分层。由于水的密度大，一般在管道的下层，而蒸气密度小，则分布在管道的上层。在这种状态下，只有加速搅动才能使气、液两态的水分呈均匀分布状态，而降低搅拌速度则会加速管道的疲劳泄漏。

2.2 管道质量

管道质量方面主要表现为蛇形管道质量不高和管道焊接质量不好两方面，首先，中低压锅炉用钢管自身质量不稳定，可能会在使用过程中出现孔洞，造成管道损坏；另一方面管道的焊接质量不合格，一旦出现泄漏，就会使烟气从焊口处逸出，腐蚀焊口附近的管道外表面，加快管道的泄漏。

2.3 低温腐蚀

随着能源开采难度的加大，当前使用的燃料能源中硫的含量越来越高，这就导致燃料燃烧产物中二氧化硫含量也逐渐增多，在一定的条件下，二氧化硫会被再次氧化生产三氧化硫，三氧化硫与烟气中含有的水分结合形成硫酸蒸汽，对烟气的露点影响较大。研究表明，当烟气中含有极少量的硫酸蒸汽时，烟气露点就可达到100℃以上。若给水温度低的低温省煤器受热面的温度低于烟气的露点，就会使烟气中的硫酸蒸汽遇冷液化凝结在省煤器的受热面，二者发生反应造成低温省煤器腐蚀。根据化学反应原理，硫酸在高浓度时可与金属钝化，当浓度较低时，反应速率反而加快。

随着烟气的流动，烟气中水蒸气不断液化，稀释了受热面上的硫酸含量，加速了硫酸与低温省煤器受热面的反应；除浓度影响外，温度也会影响反应速率，这是因为温度高时，硫酸含量高，反应速率慢；而温度较低时，硫酸含量减少，反应速率反而加快。

3 省煤器泄漏故障的预防措施

3.1 管道疲劳运行的预防措施

管道疲劳运行的预防主要通过科学设计实现。在设计余热锅炉时，应将低温省煤器内水流速度进行优化调整，一般可设计为1m/s，在这个速度下可有效避免管道的疲劳运行。沸腾式低温省煤器在内部水速为1m/s时，可将生成的气泡带走，减少了管内汽水混合物分层导致的管道疲劳运行；非沸腾式低温省煤器的出水温度为80℃时，水流方向向上，此时的水速度可控制为0.5m/s以上。

3.2 管道质量的提升

余热锅炉没有备用设备，一旦发生泄漏就需要停炉，影响整个系统的正常运行。因此，提升设备的质量十分必要。高压锅炉无缝钢管20G的使用材料为优势碳素钢，出厂时经过水压试验、涡流探伤检验等系列性能测试，大大p少了管道质量问题；管道焊接方面可利用新型的无损探伤检测技术对焊接口进行质量检验，确保管道焊接处的质量。

3.3 管道低温腐蚀的预防措施

管道低温腐蚀的预防需要对生产中产生的烟气露点进行测量，一般利用烟气露点仪即可完成准确测量。低温省煤器受热面的壁面温度主要由管道给水温度决定，管内水温比管壁温度高大约5-10℃，因此提高低温省煤器壁面温度的最有效措施是提高管道给水温度，也就是说低温省煤器管内的给水温度超过烟气露点温度时，就可降低烟气中水和硫酸蒸汽的液化，减少低温腐蚀，但这种做法需要消耗大量的成本，与能源回收利用，减少能源损耗，节约生产成本的设计相矛盾。

在对低温省煤器进行设计时，应先检测烟气的露点温度，根据露点温度对省煤器管内的给水温度进行优化计算，然后确定给水温度，达到节约成本和降低腐蚀的目标。根据生产经验可知，一般锅炉给水温度可设计为122℃，此时管壁的温度在127-132℃范围内，这种设计条件下可使烟气中硫酸含量在70%以上，减少对钢材管道的腐蚀。低温省煤器管道给水温度的提升方法有喷射法和除氧器压力增高法两种。第一种是将省煤器出口热水喷射到入口，达到预热给水的效果，该方法操作简单，运行效果较好，但无法大幅度提升给水温度，同时对水泵扬程和低温省煤器阻力的要求较高；水泵扬程要有富余，而低厥∶浩髯枇Σ荒芄大。另外，当烟气量或温度发生变化时，喷射器的工作状况就会受到影响，致使低温省煤器的给水温度不稳定，影响整个节能系统的稳定性。第二种方法是通过除氧器将给水直接输送到低温省煤器，除氧器工作压力提高，给水温度随之提高。除氧器有压力式和大气式，前者投资成本较高，但出水温度较为稳定，负荷的变化不会影响给水温度。

在实际生产中，若使用喷射法或除氧器提升给水温度前应先停炉 48h，对低温省煤器进行彻底的清洗，防止管壁附着的浓硫酸在吸收空气中水分后稀释，加速受热面的腐蚀速度。低温腐蚀是低温省煤器管道泄漏的主要原因之一，对低温省煤器的给水温度进行科学设计，可有效预防低温腐蚀。

3.4 其他措施

（1）换热器型式优化。在满足风机运行要求及换热负荷的前提下，将换热器型式由螺旋翅片管优化为H型翅片管结构，适当提高烟气流速，可有效减少换热器表面及底部烟道内的积灰问题。

（2）换热器安装优化。换热器安装时必须严格控制管排间距，保证烟气与热媒水的换热状况。此外，对于可能存在烟气走廊的区域必须加装烟气挡板，防止烟气冲刷换热管排，导致换热管排的磨损及泄漏问题。

（3）烟道流场优化。由于换热器人口烟道内存在流动死区，易形成烟道内的积灰问题。因此，在换热器实施前，应对烟气流场进行数值模拟及试验研究，充分了解烟气的流场情况，并对烟道折角或弯头处加装烟气导流板，防止流动死区的出现，避免烟道积灰现象。

4 结语

余热锅炉是生产企业中重要的节能措施，可有效减少生产中能源耗费，提高能源利用率，为企业节约大量的生产成本。在余热回收利用过程中，由于管道疲劳运行、管道质量和低温腐蚀等原因可能会引起低温省煤器泄漏，影响生产系统的正常运行，采取科学、合理的预防措施，能有效降低余热锅炉低温省煤器泄漏故障的发生概率，保障能源利用率的最大化。

作者简介

罗艳龙（1988-），辽宁人，技术员，主要研究方向为低温省煤器及氨法脱硫。