昆钢本部130 t/h 燃气锅炉省煤器泄漏原因分析及对策

李贵兴

（昆钢能源动力厂）

1 前言

动力能源分公司本部JG-130/3.82-Q 中温中压自然循环锅炉，“π”型布置，由汽包、汽包内部装置、汽水系统、水位计、安全阀、过热器、省煤器、空预器、烧嘴、稳焰塔、支吊架、楼梯平台和辅机设备等主要部件组成。该锅炉2005 年9 月投产，投产后省煤器多次发生泄漏，于2014 年6 月实施技术改造，9年时间省煤器泄漏共计29次之多，平均每年3-4 次，导致锅炉多次停炉检修，既影响生产又增加了检修成本。通过对省煤器运行参数历史趋势的查阅统计以及对泄漏部位、漏点大小的分析，未发现明显的原因。为保证设备安全，需尽快找出造成煤器泄漏的原因并进行分析消缺。

1.1 锅炉主要参数

额定蒸汽流量：130 t/h

额定蒸汽压力：3.82 MPa

额定蒸汽温度：450 ℃

给水温度：104 ℃

排污率：2 %

锅炉出口烟气设计温度：≤150 ℃

锅炉设计效率：≥89.83 %

燃料结构：点火煤气：焦炉煤气或液化气，主煤气：高炉煤气。

燃料高炉煤气成分（见表1）：

表1 锅炉燃料高炉煤气成分（%）

130 t/h 锅炉热力数据汇总表（见表2）：

表2 130 t/h 锅炉设计热力数据汇总

1.2 锅炉省煤器概况

省煤器安装于尾部垂直烟道，吸收高温烟气的余热以加热蛇形管内的给水，降低烟气温度减少热损失，提高锅炉热效率。烟道内的省煤器为上下组布置，与烟气流向呈逆流方式布置，安装在折焰角下方的垂直烟道内[1]。上、下组为光管式省煤器，下组省煤器沿烟道宽度共有86 屏，上组省煤器沿烟道宽度方向共有76 屏，平行于后墙错列布置。蛇形管规格Φ32×3 mm，管材为20 G。下组省煤器管屏横向间距35 mm，纵向间距80 mm，上组省煤器管屏横向间距45 mm，纵向间距90 mm。

2 燃气锅炉省煤器泄漏原因分析

造成燃气锅炉省煤器泄漏的原因主要有飞灰磨损、超压过热、低温腐蚀、水质腐蚀、沸腾率过高、制作缺陷和安装缺陷等原因[3]。根据故障现象、漏点位置和泄露大小，结合使用实际作如下七方面原因分析：

2.1 烟气飞灰磨损

本部130 t/h 锅炉燃料为高炉煤气，经比肖夫塔湿法除尘后的灰尘浓度＜10 mg/Nm3，燃烧生成的烟气大致是煤气体积的1.8—2.5 倍，生成的烟气中灰尘浓度大致在3—5 mg/Nm3，灰尘含量对省煤器管子磨损较小，再查看蛇形管泄漏部位及漏口管壁，未发现磨损痕迹。因此，烟气飞灰磨损造成省煤器泄漏的原因可以排除。

2.2 省煤器超压、过热

省煤器泄漏管子切割检查，管壁内没有结生水垢，管壁外也没有严重积生硬灰，测量省煤器泄漏处的管子，没有管子涨粗和管壁爆破口的迹象。通过DCS 系统查阅给水流量、给水压力、给水温度、蒸汽压力、下组省煤器和上组省煤器的烟温等参数历史趋势，都没有发生过参数超温、超压、过热的情况。因此，超温过热、超压造成省煤器泄漏的原因可以排除。

2.3 省煤器低温腐蚀

高炉产生的煤气中含有一定数量的SO2，携带于燃烧生成的烟气中，烟气中的SO2在烟气的高温环境下，又会进一步氧化生成SO3。锅炉尾部烟道的烟温较低，会与水蒸气结生成硫酸蒸气，尤其烟温降至酸露点110 ℃以下时，硫酸蒸气会大量冷凝于省煤器管壁上，就会使省煤器受热面产生明显腐蚀。130 t/h 锅炉设计给水温度104 ℃，开停炉时往往达不到设计温度，造成下组省煤器冷段烟温偏低，与烟气换热后省煤器管壁表面温度仅有112—122 ℃，硫酸蒸气恰好大量冷凝于省煤器的管壁上，最终导致严重低温腐蚀泄漏。通过钻入烟道查勘下组省煤器冷段管子的情况：省煤器位于炉墙穿墙部分的管子外表面减薄凹陷，表面均有点状的腐蚀坑，明显看出管壁减薄得较为严重，证明了烟气中的酸性物质“硫”造成了低温腐蚀。虽然锅炉燃料高炉煤气成分表中没有硫的数据，主要是因为分析较为复杂，昆钢目前还没有进行此项数据的分析工作，但通过新区、玉钢、红钢三个片区的锅炉烟气SO2在线监测，均监测出硫的存在。硫主要是高炉冶炼的矿石所含有，并由冶炼产生的高炉煤气携带，而作为锅炉燃料的高炉煤气送入炉内进行燃烧再由生成的烟气所携带。

综所上述，燃料高炉煤气中“硫”成分的存在，再加上运行中锅炉给水达不到除氧温度和排烟温度偏低，形成低温腐蚀造成下组省煤器冷段发生腐蚀泄漏。

2.4 给水水质造成的腐蚀

锅炉给水国家现行标准为PH 值在8.8—9.3 之间，溶解氧≤15 μg/L，电导率＜10 us/cm，本部130 t/h 锅炉的给水PH 值在8.6 左右，给水溶解氧在3 μg/L 左右，电导率在5.5 us/cm 左右，锅炉水质控制严格，符合锅炉使用的要求和标准。因此，合格的供水水质不会使省煤器管内结生水垢和造成垢下腐蚀泄漏[2]。

2.5 省煤器吸热量大，沸腾率高

2.5.1 省煤器受热面积核算[4]

热力数据汇总表中下组省煤器设计面积为781 m2，上组省煤器设计面积为1 444.3 m2，上组省煤器蛇形管布置及截面图（见图1），根据图1 上组省煤器的实际图纸核算：

图1 上组省煤器蛇形管布置及截面图

上组省煤器共有76 屏，规格为Φ32×3 mm，含省煤器管子弯头,计算出光管受热面积为：

H=πdL=3.14×32/1 000×（6 700/1 000×18×76）=921 m2（含弯头）

按此计算下组省煤器受热面积为:

H1=πdL =3.14×32/1 000×（6 700/1 000×28×86）=1 621 m2（含弯头）

H2=πdL =3.14×32/1 000×（1 500/1 000×86）=13 m2（冷热段连接直管）

H=S1+S2=1 621+13=1 634 m2。

通过计算，下组省煤器受热面积比设计大140 m2，上组省煤器受热面积比设计大189.7 m2，合计受热面积比设计大329.7 m2。根据沸腾率偏差应控制在20 %的有效范围，受热面积扩展应控制在5.5 %以内，实际受热面积扩展已超过有效范围207.3 m2。

2.5.2 省煤器沸腾率核算[4]

沸腾率计算公式：X=（ich-is）/r

式中：Ich 为省煤器出口工质平均焓值，KJ/kg；Is 为饱和水的焓值，KJ/kg；r 为汽化潜热，KJ/kg。

根据省煤器的实际受热面积H、排烟温度θ、管壁面热流量、管内热流密度qn、烟气换热系数α、温压P、灰污导热系数、金属导热系数、管壁热阻r、热散漫系数等推算得出：

ich=3 154.3 KJ/kg；ich=2 885.5 KJ/kg；r=1 639.5 KJ/kg。

省煤器沸腾率为：

X=（ich-is）/r=（3 154.3-2 885.5）/1 639.5=16.4 %

由此看出，锅炉省煤器受热面积设计过大。依据公式算出的省煤器实际沸腾率约16.4 %，锅炉厂设计沸腾率为10.89 %，实际偏高且偏差超过了20 %的有效控制范围，导致蛇形管局部发生膜态沸腾，传热恶化、过热，管子容易出现裂纹或爆管。

2.6 省煤器的制造缺陷

省煤器的蛇形管为纵向光管式管子，采用管夹固定，管材为20 G，管夹材质是1Cr7S1Al，这两种材料硬度不一样，管夹材质相对要硬些，管子运行中在管夹内由于振动，发生摩擦导致省煤器管壁减薄引发泄漏。通过对省煤器管漏点的检查，管子漏点处有明显摩擦痕迹，说明摩擦损伤现象的存在。而且，省煤器沸腾率越高管子振动就越大，就越容易造成管子磨损泄漏[6]。

2.7 省煤器的安装缺陷

逐一复查省煤器安装尺寸，联箱高度、膨胀缝隙及联箱水平，省煤器管支架、间距、水平、拉筋、管夹及间隙等情况，均符合省煤器图纸的安装要求、安装标准和质量要求[6]。因此，安装缺陷造成省煤器泄漏的原因可以排除。

3 省煤器泄漏的对策及实施方案

从以上分析可知，造成本部130 t/h 锅炉省煤器泄漏的原因主要是燃料含硫所造成的低温腐蚀和受热面积偏大造成的沸腾率偏高。针对上述原因，研究和制定对策，先从运行操作入手，同时准备改造所需材料，择机待高炉休风同步予以实施。

3.1 防止产生低温腐蚀

严格控制和消除煤气中的“硫”成分[1]。一是根据昆钢本部生产工艺及发展规划，结合实际考虑源头技改脱硫。二是根据锅炉效率及烟气露点，严格控制排烟温度155±5 ℃、给水温度104±1 ℃，通过提高锅炉排烟温度和保证给水100 %达到除氧温度来确保锅炉安全运行，避免下组省煤器发生低温腐蚀泄漏。

3.2 实施改造降低沸腾率

重新校核受热面积，锅炉省煤器减少1 个弯的管子受热面积，下组省煤器的面积校核为1 518 m2，上组省煤器面积校核为818 m2，受热面积校核后减少了219 m2，受热面积的扩展控制在了5.5 %以内,校核后计算出省煤器的实际沸腾率为12.78%，相比设计值偏差控制在了20 %的有效范围内，通过降低沸腾率可大幅改善传热和振动，避免省煤器产生局部过热和管子较大振动造成的泄露。

根据校核结果，利用配套高炉同步检修停炉的时机对省煤器进行技改：减少1 个弯的管子的受热面积，下组省煤器横排数由原来的18 排减至16 排，上组省煤器横排数由原来的28 排减至26排[5]。受热面积减少后，烟道内烟气阻力与原来相比基本没有变化，锅炉燃烧系统、烟风系统及省煤器运行工况稳定，满足安全运行要求。

4 实施效果

经过运行调试和锅炉省煤器技术改造，锅炉高炉煤气量为10.5万m3/h，锅炉给水温度为103 ℃，锅炉给水量98 t/h，锅炉蒸发量为115—120 t/h 时的运行参数，改造后实际运行数据见表3。

表3 改造后实际运行数据

从上表得出：锅炉在额定工况下，排烟温度稳定在150.7 ℃左右，空预器出口风温正常无变化，达到技改目的。经过运行调试和技术改造，本部130 t/h 锅炉至今省煤器运行情况良好，消除了重大隐患。定期例检时对锅炉省煤器进行全面检查，锅炉省煤器管子外表面干净完好，没有管子胀粗、结露积灰的现象和管夹摩擦的痕迹，切实解决了锅炉省煤器的泄漏问题，2014 年6 月实施技术改造后在锅炉设备5 年大修周期内省煤器不再发生低温腐蚀和管子管夹部位振动磨损减薄的情况，实现了0故障，通过对年度运行时间的统计，年有效作业时间提高2.7 %，设备年度作业率达到95 %以上。

5 结语

（1）锅炉省煤器的受热面积虽然可以适当扩展，起到降低烟温的积极作用，但并不是扩展得越大越好，要严格依据燃料性质、吸热量需求、烟气特性、烟温要求、省煤器沸腾率等因素来校核和确定，扩展应控制在5.5 %以内，使之科学合理，避免了因设计不够科学合理而引发省煤器在运行过程中发生泄漏。

（2）通过锅炉运行工艺控制，严格控制排烟温度155±5 ℃、给水温度104±1 ℃，通过提高锅炉排烟温度和保证锅炉给水100 %达到除氧温度来确保锅炉安全运行，避免了省煤器因运行因素发生低温腐蚀泄漏。

（3）通过实施技改，确保了下组省煤器排烟温度高于烟气酸露点40 ℃以上，沸腾率偏差与设计10.89 %相比控制在了20 %的有效范围内，实现了省煤器在锅炉大修期内故障为0，有效作业时间提高2.7 %，设备年度作业率达到95 %以上，成果明显，为电厂燃气锅炉的长周期安全运行提供了积极有力的保障。