昆鋼本部130 t/h 燃?xì)忮仩t省煤器泄漏原因分析及對策

李貴興

（昆鋼能源動力廠）

1 前言

動力能源分公司本部JG-130/3.82-Q 中溫中壓自然循環(huán)鍋爐，“π”型布置，由汽包、汽包內(nèi)部裝置、汽水系統(tǒng)、水位計(jì)、安全閥、過熱器、省煤器、空預(yù)器、燒嘴、穩(wěn)焰塔、支吊架、樓梯平臺和輔機(jī)設(shè)備等主要部件組成。該鍋爐2005 年9 月投產(chǎn)，投產(chǎn)后省煤器多次發(fā)生泄漏，于2014 年6 月實(shí)施技術(shù)改造，9年時(shí)間省煤器泄漏共計(jì)29次之多，平均每年3-4 次，導(dǎo)致鍋爐多次停爐檢修，既影響生產(chǎn)又增加了檢修成本。通過對省煤器運(yùn)行參數(shù)歷史趨勢的查閱統(tǒng)計(jì)以及對泄漏部位、漏點(diǎn)大小的分析，未發(fā)現(xiàn)明顯的原因。為保證設(shè)備安全，需盡快找出造成煤器泄漏的原因并進(jìn)行分析消缺。

1.1 鍋爐主要參數(shù)

額定蒸汽流量：130 t/h

額定蒸汽壓力：3.82 MPa

額定蒸汽溫度：450 ℃

給水溫度：104 ℃

排污率：2 %

鍋爐出口煙氣設(shè)計(jì)溫度：≤150 ℃

鍋爐設(shè)計(jì)效率：≥89.83 %

燃料結(jié)構(gòu)：點(diǎn)火煤氣：焦?fàn)t煤氣或液化氣，主煤氣：高爐煤氣。

燃料高爐煤氣成分（見表1）：

表1 鍋爐燃料高爐煤氣成分（%）

130 t/h 鍋爐熱力數(shù)據(jù)匯總表（見表2）：

表2 130 t/h 鍋爐設(shè)計(jì)熱力數(shù)據(jù)匯總

1.2 鍋爐省煤器概況

省煤器安裝于尾部垂直煙道，吸收高溫?zé)煔獾挠酂嵋约訜嵘咝喂軆?nèi)的給水，降低煙氣溫度減少熱損失，提高鍋爐熱效率。煙道內(nèi)的省煤器為上下組布置，與煙氣流向呈逆流方式布置，安裝在折焰角下方的垂直煙道內(nèi)[1]。上、下組為光管式省煤器，下組省煤器沿?zé)煹缹挾裙灿?6 屏，上組省煤器沿?zé)煹缹挾确较蚬灿?6 屏，平行于后墻錯列布置。蛇形管規(guī)格Φ32×3 mm，管材為20 G。下組省煤器管屏橫向間距35 mm，縱向間距80 mm，上組省煤器管屏橫向間距45 mm，縱向間距90 mm。

2 燃?xì)忮仩t省煤器泄漏原因分析

造成燃?xì)忮仩t省煤器泄漏的原因主要有飛灰磨損、超壓過熱、低溫腐蝕、水質(zhì)腐蝕、沸騰率過高、制作缺陷和安裝缺陷等原因[3]。根據(jù)故障現(xiàn)象、漏點(diǎn)位置和泄露大小，結(jié)合使用實(shí)際作如下七方面原因分析：

2.1 煙氣飛灰磨損

本部130 t/h 鍋爐燃料為高爐煤氣，經(jīng)比肖夫塔濕法除塵后的灰塵濃度＜10 mg/Nm3，燃燒生成的煙氣大致是煤氣體積的1.8—2.5 倍，生成的煙氣中灰塵濃度大致在3—5 mg/Nm3，灰塵含量對省煤器管子磨損較小，再查看蛇形管泄漏部位及漏口管壁，未發(fā)現(xiàn)磨損痕跡。因此，煙氣飛灰磨損造成省煤器泄漏的原因可以排除。

2.2 省煤器超壓、過熱

省煤器泄漏管子切割檢查，管壁內(nèi)沒有結(jié)生水垢，管壁外也沒有嚴(yán)重積生硬灰，測量省煤器泄漏處的管子，沒有管子漲粗和管壁爆破口的跡象。通過DCS 系統(tǒng)查閱給水流量、給水壓力、給水溫度、蒸汽壓力、下組省煤器和上組省煤器的煙溫等參數(shù)歷史趨勢，都沒有發(fā)生過參數(shù)超溫、超壓、過熱的情況。因此，超溫過熱、超壓造成省煤器泄漏的原因可以排除。

2.3 省煤器低溫腐蝕

高爐產(chǎn)生的煤氣中含有一定數(shù)量的SO2，攜帶于燃燒生成的煙氣中，煙氣中的SO2在煙氣的高溫環(huán)境下，又會進(jìn)一步氧化生成SO3。鍋爐尾部煙道的煙溫較低，會與水蒸氣結(jié)生成硫酸蒸氣，尤其煙溫降至酸露點(diǎn)110 ℃以下時(shí)，硫酸蒸氣會大量冷凝于省煤器管壁上，就會使省煤器受熱面產(chǎn)生明顯腐蝕。130 t/h 鍋爐設(shè)計(jì)給水溫度104 ℃，開停爐時(shí)往往達(dá)不到設(shè)計(jì)溫度，造成下組省煤器冷段煙溫偏低，與煙氣換熱后省煤器管壁表面溫度僅有112—122 ℃，硫酸蒸氣恰好大量冷凝于省煤器的管壁上，最終導(dǎo)致嚴(yán)重低溫腐蝕泄漏。通過鉆入煙道查勘下組省煤器冷段管子的情況：省煤器位于爐墻穿墻部分的管子外表面減薄凹陷，表面均有點(diǎn)狀的腐蝕坑，明顯看出管壁減薄得較為嚴(yán)重，證明了煙氣中的酸性物質(zhì)“硫”造成了低溫腐蝕。雖然鍋爐燃料高爐煤氣成分表中沒有硫的數(shù)據(jù)，主要是因?yàn)榉治鲚^為復(fù)雜，昆鋼目前還沒有進(jìn)行此項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析工作，但通過新區(qū)、玉鋼、紅鋼三個(gè)片區(qū)的鍋爐煙氣SO2在線監(jiān)測，均監(jiān)測出硫的存在。硫主要是高爐冶煉的礦石所含有，并由冶煉產(chǎn)生的高爐煤氣攜帶，而作為鍋爐燃料的高爐煤氣送入爐內(nèi)進(jìn)行燃燒再由生成的煙氣所攜帶。

綜所上述，燃料高爐煤氣中“硫”成分的存在，再加上運(yùn)行中鍋爐給水達(dá)不到除氧溫度和排煙溫度偏低，形成低溫腐蝕造成下組省煤器冷段發(fā)生腐蝕泄漏。

2.4 給水水質(zhì)造成的腐蝕

鍋爐給水國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為PH 值在8.8—9.3 之間，溶解氧≤15 μg/L，電導(dǎo)率＜10 us/cm，本部130 t/h 鍋爐的給水PH 值在8.6 左右，給水溶解氧在3 μg/L 左右，電導(dǎo)率在5.5 us/cm 左右，鍋爐水質(zhì)控制嚴(yán)格，符合鍋爐使用的要求和標(biāo)準(zhǔn)。因此，合格的供水水質(zhì)不會使省煤器管內(nèi)結(jié)生水垢和造成垢下腐蝕泄漏[2]。

2.5 省煤器吸熱量大，沸騰率高

2.5.1 省煤器受熱面積核算[4]

熱力數(shù)據(jù)匯總表中下組省煤器設(shè)計(jì)面積為781 m2，上組省煤器設(shè)計(jì)面積為1 444.3 m2，上組省煤器蛇形管布置及截面圖（見圖1），根據(jù)圖1 上組省煤器的實(shí)際圖紙核算：

圖1 上組省煤器蛇形管布置及截面圖

上組省煤器共有76 屏，規(guī)格為Φ32×3 mm，含省煤器管子彎頭,計(jì)算出光管受熱面積為：

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

按此計(jì)算下組省煤器受熱面積為:

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

H2=πdL =3.14×32/1 000×（1 500/1 000×86）=13 m2（冷熱段連接直管）

H=S1+S2=1 621+13=1 634 m2。

通過計(jì)算，下組省煤器受熱面積比設(shè)計(jì)大140 m2，上組省煤器受熱面積比設(shè)計(jì)大189.7 m2，合計(jì)受熱面積比設(shè)計(jì)大329.7 m2。根據(jù)沸騰率偏差應(yīng)控制在20 %的有效范圍，受熱面積擴(kuò)展應(yīng)控制在5.5 %以內(nèi)，實(shí)際受熱面積擴(kuò)展已超過有效范圍207.3 m2。

2.5.2 省煤器沸騰率核算[4]

沸騰率計(jì)算公式：X=（ich-is）/r

式中：Ich 為省煤器出口工質(zhì)平均焓值，KJ/kg；Is 為飽和水的焓值，KJ/kg；r 為汽化潛熱，KJ/kg。

根據(jù)省煤器的實(shí)際受熱面積H、排煙溫度θ、管壁面熱流量、管內(nèi)熱流密度qn、煙氣換熱系數(shù)α、溫壓P、灰污導(dǎo)熱系數(shù)、金屬導(dǎo)熱系數(shù)、管壁熱阻r、熱散漫系數(shù)等推算得出：

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

省煤器沸騰率為：

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

由此看出，鍋爐省煤器受熱面積設(shè)計(jì)過大。依據(jù)公式算出的省煤器實(shí)際沸騰率約16.4 %，鍋爐廠設(shè)計(jì)沸騰率為10.89 %，實(shí)際偏高且偏差超過了20 %的有效控制范圍，導(dǎo)致蛇形管局部發(fā)生膜態(tài)沸騰，傳熱惡化、過熱，管子容易出現(xiàn)裂紋或爆管。

2.6 省煤器的制造缺陷

省煤器的蛇形管為縱向光管式管子，采用管夾固定，管材為20 G，管夾材質(zhì)是1Cr7S1Al，這兩種材料硬度不一樣，管夾材質(zhì)相對要硬些，管子運(yùn)行中在管夾內(nèi)由于振動，發(fā)生摩擦導(dǎo)致省煤器管壁減薄引發(fā)泄漏。通過對省煤器管漏點(diǎn)的檢查，管子漏點(diǎn)處有明顯摩擦痕跡，說明摩擦損傷現(xiàn)象的存在。而且，省煤器沸騰率越高管子振動就越大，就越容易造成管子磨損泄漏[6]。

2.7 省煤器的安裝缺陷

逐一復(fù)查省煤器安裝尺寸，聯(lián)箱高度、膨脹縫隙及聯(lián)箱水平，省煤器管支架、間距、水平、拉筋、管夾及間隙等情況，均符合省煤器圖紙的安裝要求、安裝標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求[6]。因此，安裝缺陷造成省煤器泄漏的原因可以排除。

3 省煤器泄漏的對策及實(shí)施方案

從以上分析可知，造成本部130 t/h 鍋爐省煤器泄漏的原因主要是燃料含硫所造成的低溫腐蝕和受熱面積偏大造成的沸騰率偏高。針對上述原因，研究和制定對策，先從運(yùn)行操作入手，同時(shí)準(zhǔn)備改造所需材料，擇機(jī)待高爐休風(fēng)同步予以實(shí)施。

3.1 防止產(chǎn)生低溫腐蝕

嚴(yán)格控制和消除煤氣中的“硫”成分[1]。一是根據(jù)昆鋼本部生產(chǎn)工藝及發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合實(shí)際考慮源頭技改脫硫。二是根據(jù)鍋爐效率及煙氣露點(diǎn)，嚴(yán)格控制排煙溫度155±5 ℃、給水溫度104±1 ℃，通過提高鍋爐排煙溫度和保證給水100 %達(dá)到除氧溫度來確保鍋爐安全運(yùn)行，避免下組省煤器發(fā)生低溫腐蝕泄漏。

3.2 實(shí)施改造降低沸騰率

重新校核受熱面積，鍋爐省煤器減少1 個(gè)彎的管子受熱面積，下組省煤器的面積校核為1 518 m2，上組省煤器面積校核為818 m2，受熱面積校核后減少了219 m2，受熱面積的擴(kuò)展控制在了5.5 %以內(nèi),校核后計(jì)算出省煤器的實(shí)際沸騰率為12.78%，相比設(shè)計(jì)值偏差控制在了20 %的有效范圍內(nèi)，通過降低沸騰率可大幅改善傳熱和振動，避免省煤器產(chǎn)生局部過熱和管子較大振動造成的泄露。

根據(jù)校核結(jié)果，利用配套高爐同步檢修停爐的時(shí)機(jī)對省煤器進(jìn)行技改：減少1 個(gè)彎的管子的受熱面積，下組省煤器橫排數(shù)由原來的18 排減至16 排，上組省煤器橫排數(shù)由原來的28 排減至26排[5]。受熱面積減少后，煙道內(nèi)煙氣阻力與原來相比基本沒有變化，鍋爐燃燒系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)及省煤器運(yùn)行工況穩(wěn)定，滿足安全運(yùn)行要求。

4 實(shí)施效果

經(jīng)過運(yùn)行調(diào)試和鍋爐省煤器技術(shù)改造，鍋爐高爐煤氣量為10.5萬m3/h，鍋爐給水溫度為103 ℃，鍋爐給水量98 t/h，鍋爐蒸發(fā)量為115—120 t/h 時(shí)的運(yùn)行參數(shù)，改造后實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。

表3 改造后實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)

從上表得出：鍋爐在額定工況下，排煙溫度穩(wěn)定在150.7 ℃左右，空預(yù)器出口風(fēng)溫正常無變化，達(dá)到技改目的。經(jīng)過運(yùn)行調(diào)試和技術(shù)改造，本部130 t/h 鍋爐至今省煤器運(yùn)行情況良好，消除了重大隱患。定期例檢時(shí)對鍋爐省煤器進(jìn)行全面檢查，鍋爐省煤器管子外表面干凈完好，沒有管子脹粗、結(jié)露積灰的現(xiàn)象和管夾摩擦的痕跡，切實(shí)解決了鍋爐省煤器的泄漏問題，2014 年6 月實(shí)施技術(shù)改造后在鍋爐設(shè)備5 年大修周期內(nèi)省煤器不再發(fā)生低溫腐蝕和管子管夾部位振動磨損減薄的情況，實(shí)現(xiàn)了0故障，通過對年度運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，年有效作業(yè)時(shí)間提高2.7 %，設(shè)備年度作業(yè)率達(dá)到95 %以上。

5 結(jié)語

（1）鍋爐省煤器的受熱面積雖然可以適當(dāng)擴(kuò)展，起到降低煙溫的積極作用，但并不是擴(kuò)展得越大越好，要嚴(yán)格依據(jù)燃料性質(zhì)、吸熱量需求、煙氣特性、煙溫要求、省煤器沸騰率等因素來校核和確定，擴(kuò)展應(yīng)控制在5.5 %以內(nèi)，使之科學(xué)合理，避免了因設(shè)計(jì)不夠科學(xué)合理而引發(fā)省煤器在運(yùn)行過程中發(fā)生泄漏。

（2）通過鍋爐運(yùn)行工藝控制，嚴(yán)格控制排煙溫度155±5 ℃、給水溫度104±1 ℃，通過提高鍋爐排煙溫度和保證鍋爐給水100 %達(dá)到除氧溫度來確保鍋爐安全運(yùn)行，避免了省煤器因運(yùn)行因素發(fā)生低溫腐蝕泄漏。

（3）通過實(shí)施技改，確保了下組省煤器排煙溫度高于煙氣酸露點(diǎn)40 ℃以上，沸騰率偏差與設(shè)計(jì)10.89 %相比控制在了20 %的有效范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了省煤器在鍋爐大修期內(nèi)故障為0，有效作業(yè)時(shí)間提高2.7 %，設(shè)備年度作業(yè)率達(dá)到95 %以上，成果明顯，為電廠燃?xì)忮仩t的長周期安全運(yùn)行提供了積極有力的保障。