燃气锅炉烟气余热换热器故障与处理探究

李 伟 殷兆国 肖易萍 丁春雨 高铭志

海洋石油工程股份有限公司

燃气锅炉烟气余热换热器故障与处理探究

李 伟 殷兆国 肖易萍 丁春雨 高铭志

海洋石油工程股份有限公司

为降低燃气锅炉烟气余热换热器故障发生概率，需要分析发生故障的原因，进而采取有效措施解决该些故障。常见引发换热器爆管、磨损以及堵塞现象的原因有烟气流速、温度、飞灰等多项因素。通过控制烟气流速、控制飞灰、控制温度等手段方式，可以减少换热器故障的发生，从而更好的进行锅炉工作。

燃气锅炉；烟气余热；换热器；故障

引言

现阶段，燃气锅炉烟气余热换热器应用范围越来越广，在许多行业得到了有效应用，起到了节能减排等重要作用。在换热器不断应用过程中，出现了各种因素造成爆管、磨损和堵塞现象。因此，有必要针对造成换热器故障的原因进行分析，找到引起换热器故障的主要原因，采取合理、有效的措施，从而解决换热器各种故障问题。

1 燃气锅炉烟气余热换热器故障

1.1 烟气流速

烟气流速与金属受热表面磨损有直接联系。由于烟气走廊阻力较小，加之烟气管道较为狭窄，该部位的灰尘流动速度会随着烟气的流动而加快，从而容易造成管道局部严重磨损。经水平对流烟道烟气转入下行尾部烟道时，因为气流转弯，飞灰被抛向后墙周围，增加此处飞灰浓度，使得后墙管道的磨损更加严重。当烟气入射分布不均匀时，会使得局部烟气流速过快，进而出现烟气偏流的现象，甚至造成严重磨损。

1.2 灰尘

燃料燃烧后中只有10%的灰分会落到炉膛冷灰斗内，而90%的灰分都悬浮在烟气中变成飞扬状态。党管道中飞灰流动时，受烟气流速作用，使得磨损管道内壁现象更加严重。灰粒的形状、大小、硬度及熔点等都会影响磨损程度。其中中较大颗粒的飞灰、具有足够硬度和锐利棱角颗粒的飞灰比球形颗粒磨损程度更高。

1.3 低温腐蚀

安装在锅炉尾部的烟气余热换热器，当烟气进入换热器开始热交换后，温度会逐渐降低。一般情况下，燃煤锅炉空预器出口烟气水的结露点为50℃，结露现象不会出现，但因为烟气中存在酸性气体，酸结露现象出现概率大幅度提升。当换热器金属壁温低于烟气酸的结露点时，含有硫酸酐的烟气水蒸气会在壁面凝结，从而导致管道腐蚀。由于尾部受热面区段的管壁和烟气温度较低，因此该该现象又称为低温腐蚀。

1.4 其他因素

除上述因素外，炉型、燃料灰分、布置形式、燃烧方式、局部飞灰浓度、管道大小都会导致磨损现象。锅炉运行时，锅炉负荷的增加会使得烟气流速越来越快，从而导致飞灰磨损更加严重。对负压燃烧锅炉来说，烟道漏风量上升时，烟气容积随之变大，随之提升了烟气流速，造成越来越严重的磨损。锅炉工作时，不充分燃烧会增加灰尘碳含量。因为飞灰硬度小于焦碳颗粒，所以磨损会越来越严重。此外，当发生烟气余热换热器受热面局部烟道堵塞时，烟气偏流会向未堵塞侧流动，从而导致单侧局部磨损。

2 燃气锅炉烟气余热换热器故障处理探究

2.1 控制烟气流速

为避免产生严重磨损，对于烟气余热换热器来说，必须控制烟气流速在合理的范围内。对于布置在除尘器前的烟气换热器，可采用螺旋鳍片换热器或H 形鳍片管换热器；对于布置在除尘器后换热器，由于烟气中的飞灰通常小于100 mg/Nm3，可适增加快烟气流速，流速控制在12-13 m/s 即可。同时，要优化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，防范管道磨损的手段之一就是合理分布气流。

2.2 控制灰尘浓度

在背风面是飞灰主要聚积区域，迎风面较少出现飞灰。越快的烟气流速，产生的灰尘集聚就越少。依靠静电引力和分子引力吸附在管壁上的灰粒，在管背面的旋窝区可以沉积细微灰尘，长此以往，大量灰尘会集聚在这里。灰尘积聚不理热效率发挥，导致锅炉使用寿命缩短。所以，要处理和控制积灰。研究发现，提高烟气流速可减轻积灰，但会加重磨损。选择合理的吹灰装置。常见的吹灰器有声波吹灰和蒸汽吹灰等。采用烟气余热换热器的烟气温度较低、灰尘很细，因此一般选择蒸汽吹灰。高压水冲洗分为停机清洗和在线清洗。为避免低温腐蚀，结合烟气余热换热器中的烟温较低，一般选择停机清洗的方式。

2.3 控制温度

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。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。

2.4 其他控制措施

换热器中后部会发生均流现象，气流分布逐步趋于均匀，所以，大部分换热器的磨损往往发生在迎风面最前端。设置多层空的换热管能够降低换热器磨损。采用均流作用比较明显的H形翅片管，该管内部无换热介质、可定期更换和拆卸。现阶段，在换热器的实际使用中防磨损换热管起到了较好的防磨作用。扩展受热面可降低烟气对烟气余热回收装置的冲刷磨损，有效增强受热面的抗磨能力。

结束语

综上所述，常见引发换热器爆管、磨损以及堵塞现象的原因有烟气流速、温度、飞灰等多项因素。为降低燃气锅炉烟气余热换热器故障发生概率，需要分析发生故障的原因，进而采取有效措施解决该些故障。通过控制烟气流速、控制飞灰、控制温度等手段方式，可以减少换热器故障的发生，从而更好的进行锅炉工作。

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