燃煤锅炉烟气余热换热器故障分析和处理

孟银灿++徐钢

文章编号：2095-6835（2016）13-0142-02

摘 要：近年来，燃煤锅炉烟气低温余热换热器越来越多地应用于燃煤电厂，在电力行业的节能减排中起到了重要的作用。但换热器磨损而造成的爆管、堵塞等问题时常发生。因此，主要对换热器磨损的原因进行了分析，并提出了换热器磨损故障的防范措施和相关对策，以供相关单位参考。

关键词：烟气余热换热器；燃煤锅炉；飞灰浓度；磨损故障

中图分类号：TK229.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.142

1 烟气余热换热器磨损原因分析

1.1 烟气流速

含有大量灰尘的烟气在流动过程中会与受热金属表面摩擦。在摩擦的过程中，灰尘颗粒与金属表面不断碰撞。如果烟气流速过快，灰尘也会随之加速，因此，烟气流速对金属受热面的磨损有直接影响。由于烟气走廊中的阻力较小，灰尘流动的速度就会随着烟气的流动而加快，特别是管道狭窄部位的烟气流速非常快，且这些部位的缝隙较小，易形成严重的局部磨损。当烟气经水平对流烟道转入下行尾部烟道时，由于气流转弯，飞灰被抛向后墙附近，导致此处的飞灰浓度增大，因此，靠后墙的管子将受到更严重的磨损。当烟气入射分布不均匀时，会造成局部烟气流速过快，进而出现偏流的现象，最终造成严重的局部磨损。

1.2 灰尘

煤炭属于固体燃料，含有较多的灰分，燃煤电站的锅炉绝大多数为粉煤炉，只有10%的灰分会落入炉膛下面的冷灰斗中，其余90%的灰分都悬浮在烟气中形成飞灰。飞灰在管道中流动时，会受到烟气流速的影响，进而严重磨损管道壁。对于光管而言，灰粒的大小、形状、硬度、灰熔点等会影响磨损程度。由此可见，飞灰中较大的颗粒以及具有足够硬度和锐利棱角的颗粒会比球形颗粒造成的磨损更加严重。因此，燃用高灰分、低发热量的劣质煤会严重磨损省煤器的管道。

1.3 低温腐蚀

一般情况下，燃煤锅炉空预器出口烟气水的结露点为50 ℃，不会出现结露的现象。但由于烟气中酸性气体的存在，极易出现酸结露的现象，酸露点的温度可达到105 ℃，甚至更高。当换热器金属壁温低于烟气酸的结露点时，烟气中含有硫酸酐的水蒸气会在壁面凝结，进而造成腐蚀。由于尾部受热面区段的烟气和管壁的温度较低，所以，将该现象称为低温腐蚀。在烟气的作用下，腐蚀部位受到灰尘颗粒的冲击，进而造成磨损。烟气余热换热器安装在锅炉尾部，烟气在进入换热器进行热交换后，温度会逐渐降低。在燃用高硫煤时，烟气中凝结的液态硫酸液会腐蚀换热器和烟道，导致换热元件严重损坏。此外，酸液黏结烟气中的灰粒会造成堵塞，进而影响锅炉设备的安全运行。

1.4 其他因素

除上述因素外，燃料灰分、炉型、燃烧方式、布置形式、局部飞灰浓度、管径等均会对磨损造成影响。锅炉运行时，随着锅炉负荷的增加，烟气流速越来越快，飞灰磨损越来越严重。对于负压燃烧的锅炉而言，空预器和烟道漏风量增大时，烟气容积会不断增大，烟气流速随之加快，磨损也越来越严重。锅炉燃烧时，如果存在燃烧不良的现象，则会使飞灰的含碳量增加。由于焦碳颗粒比飞灰的硬度大，因此，磨损会越来越严重。此外，当烟气余热换热器受热面发生局部烟道堵塞时，烟气偏流会向未堵塞侧流动，进而造成单侧局部磨损。

2 烟气换热器磨损故障的防范和处理

根据以上对磨损原因的分析，可采用选择合理的烟气流速和气流分布方式、降低飞灰浓度等防磨损措施，防止出现局部的烟气速度加快和飞灰浓缩集中现象。

2.1 选择合理的烟气流速

对于烟气余热换热器而言，为了避免发生严重的磨损，烟气流速必须控制在合理的范围内。对于布置在除尘器前的烟气换热器，可采用H形鳍片管换热器（烟气的平均流速应低于11 m/s）或采用螺旋鳍片换热器（烟气的平均流速应低于9 m/s）；对于布置在除尘器后的换热器，由于烟气中的飞灰通常小于100 mg/Nm3，所以，可适当加快烟气流速，一般控制在12～13 m/s即可，烟气流速的合理控制对减轻磨损的作用非常明显。此外，还应优化CFD模拟设计，必要时可进行实物模拟流场试验，使进入换热器的烟气在横截面均匀分布。在换热器布置空间有限的改造工程中，合理分布气流是防范管道磨损的手段之一。

2.2 扩展受热面

扩展受热面能减轻烟气对烟气余热回收装置的冲刷磨损，从而提高受热面的抗磨能力。相比于光管，采用受热面以扩展的管束能有效减缓局部（接近管子处）烟气流速，从而减轻受热面的磨损。以H形翅片管为例，如图1所示，通过选择合理的翅片高度和翅片节距，烟气流过时会在粘性力的作用下在翅片表面形成附面层，并形成较小的涡旋区，大颗粒飞灰无法接触到基管表面。此外，在肋片的作用下，烟气横向冲刷不会集中在45°的范围内，而是沿着管表面均匀冲刷，从而减轻管外表面的局部磨损。

2.3 降低飞灰浓度

飞灰主要聚积在背风面，迎风面很少聚会，且烟速越快，积灰就越少。灰粒是依靠分子引力或静电引力吸附在管壁上的，而管的背面有旋窝区，能使细灰沉积下来，长此以往，便会形成积灰。积灰会降低热效率、锅炉出力，最终缩短锅炉的使用寿命。因此，要对积灰进行控制和处理。具体而言，可从以下3方面入手控制积灰：①选择合理的烟气流速。研究发现，提高烟气流速可减轻积灰，但会加重磨损，图2为3种不同烟气流速下的积灰情况；②选择合理的吹灰装置。常见的吹灰器有蒸汽吹灰、声波吹灰等。采用烟气余热换热器的烟气温度较低、飞灰较细，所以，通常采用蒸汽吹灰。③高压水冲洗。高压水冲洗分为在线清洗和停机清洗。由于烟气余热换热器中的烟温较低，为了避免低温腐蚀，通常采用停机清洗的方式。

2.4 防止低温腐蚀的措施

为了防止低温腐蚀，延长烟气余热换热器的寿命，需要选择一种可长期在酸腐蚀条件下工作的钢材。经过长期研究发现，ND钢是目前国内外最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”用钢材，这种材料广泛用于含硫烟气较大的省煤器。空气预热器、热交换器和蒸发器等装置设备可用于防范含硫烟气结露点腐蚀，且具有耐氯离子腐蚀的功能。如图3所示，ND钢的耐腐蚀性能优于碳钢、日本进口同类钢和不锈钢。该材料经国内各大炼油厂和制造单位使用后受到广泛好评，并获得了良好的使用效果。

2.5 机械防磨损

气流分布不均匀的现象在烟气换热器迎风面最明显。换热器中后部会发生均流现象，气流分布逐步趋于均匀，因此，换热器的大部分磨损出现在最前端迎风面。长期实践证明，在换热器最前面设置多层空的换热管可有效减轻换热器本体的磨损。换热管可采用均流作用比较明显的H形翅片管，其内部没

有换热介质，且可拆卸和定期更换。目前，防磨损换热管在换热器的实际使用中起到了较好的防磨作用。

3 结束语

烟气换热器磨损故障产生的原因较多，因此，在解决这一问题时，应从多个方面入手，比如烟气流速、积灰清除、受热面扩展和低温防腐蚀等，从而有效解决磨损问题，延长设备的使用寿命。

参考文献

[1]张永琴，孙兰萍，韩会林.省煤器磨损及防磨措施的研究[J].机械制造与自动化，2011（18）.

[2]曹颖翠，吴晓，任敬民.锅炉省煤器的磨损原因及防磨对策[J].有色金属分析，2012（06）.

[3]住为民.一种低温省煤器防磨损装置[J].东方锅炉，2013（11）.

〔编辑：张思楠〕