燃氣鍋爐省煤器泄漏原因分析及對策燃氣鍋爐省煤器泄漏原因分析及對策燃氣鍋爐省煤器泄漏原因分析及對策資料僅供參考文件編號：2022年4月燃氣鍋爐省煤器泄漏原因分析及對策版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發布日期：評審論文燃氣鍋爐省煤器泄漏原因分析及對策馬大元能動中心設備室【摘要】省煤器是鍋爐設備中最重要的換熱設備之一，本文通過對90t/h煤氣鍋爐省煤器泄漏頻繁的原因進行分析，提出了解決問題的對策并實施，取得了良好的效果，為解決鍋爐省煤器故障提供一種新的思路，對煤氣鍋爐設計使用和維護具有一定的參考作用。【關鍵詞】鍋爐省煤器低溫腐蝕沸騰率1前言攀鋼能源動力中心現有三臺純燒煤氣鍋爐，一臺CG-90/中壓鍋爐，兩臺DG240/高壓鍋爐，均為自然循環、采用四角切圓布置的氣體燃燒器。鍋爐相繼從2006年1月至2011年2月投產。鍋爐自投產以來，省煤器泄漏故障較多，特別是90t/h中壓鍋爐省煤器頻繁泄漏，到2015年1月，一級省煤器泄漏15次，二級省煤器泄漏21次，導致鍋爐故障停爐次數較多，給生產造成較大影響。通過對省煤器的泄漏位置、時間進行統計，未發現規律，所以找出該鍋爐省煤器泄漏的原因并處理顯得極其重要。鍋爐主要參數額定蒸汽流量：90t/h額定蒸汽壓力：額定蒸汽溫度：450℃給水溫度：140鍋爐出口煙氣設計溫度：≤1鍋爐設計效率：≥%燃料結構：焦爐煤氣：高爐煤氣=1:9（體積比）設計燃料成分見表1，鍋爐設計熱力計算數據匯總見表2：表190t/h鍋爐設計燃料成分燃氣名稱發熱值KJ/Nm3CO(%)CO2(%)H2(%)CH4(%)N2(%)O2(%)CmHn(%)高爐煤氣/焦爐煤氣15334202表290t/h鍋爐設計熱力計算數據匯總表名稱符號單位爐膛凝渣管高過低過二級省煤器二級預熱器一級省煤器一級預熱器煙氣入口溫度1℃894868787628428353205煙氣出口溫度2℃894868787628428353205150煙氣平均速度Wym/s17工質平均速度Wm/s6工質入口溫度t1℃25525536225522817014020工質出口溫度t2℃255255450389380228170溫壓t℃416261傳熱系數KW/m2受熱面積Hm2369219414372358傳熱量QKJ/Nm3140072418143鍋爐省煤器概況省煤器處于鍋爐的尾部煙道，其主要作用是利用鍋爐燃燒后產生的高溫煙氣，對省煤器蛇形管內的水進行加熱，降低尾部煙溫，提高鍋爐熱效率。鍋爐省煤器為上下級布置，與煙氣流向呈逆流方式的水平管圈組成，置于煙道的低溫過熱器下方。一、二級省煤器均為焊接鰭片式省煤器，一級省煤器沿煙道寬度共有73排蛇形管，二級省煤器沿煙道寬度共有53排蛇形管，平行于側墻順列布置；蛇形管為φ32×3mm，材質為20G，焊接式鰭片為扁鋼20×3，材質為；一級省煤器橫向管排間距35mm，縱向間距120mm，二級省煤器橫向管排間距45mm，縱向間距120mm。燃氣鍋爐省煤器泄漏原因分析燃氣鍋爐省煤器泄漏的原因是多方面的，通過故障現象并結合運行操作和設備結構本身上面從以下幾方面分析省煤器泄漏的原因：飛灰磨損該鍋爐的燃料為高爐煤氣和焦爐煤氣，煤氣經過清洗過濾后，煤氣中的粉塵濃度小于5mg/Nm3，煤氣燃燒后生成的煙氣大致是煤氣體積的2倍，所以煙氣中的粉塵濃度大致在2~mg/Nm3，煙塵對省煤器管子磨損較小，且從省煤器管子的泄漏地點看，管子沒有磨損的痕跡。省煤器超壓、過熱對泄漏的省煤器管子進行取樣檢查，未發現管內結垢及管外積灰的情況，而且對省煤器泄漏的地方進行查看，未發現爆口的跡象。從運行記錄中的給水壓力、蒸汽壓力、一級省煤器和二級省煤器的煙溫，都未出現過超溫、超壓現象，所以超壓及過熱不是省煤器泄漏的主要原因。省煤器腐蝕省煤器的低溫腐蝕焦爐煤氣在燃燒過程中會生產一定數量的SO2，二氧化硫在高溫環境下，進一步氧化生成三氧化硫，當煙溫低于200℃時，SO3會與水蒸氣結合生成硫酸蒸氣，盡管煙氣中的SO3含量極少，但降至酸露點以下時，冷凝于受熱面上的硫酸溶液具有很高的濃度，使受熱面產生明顯的腐蝕。該鍋爐設計給水溫度為140℃，實際給水溫度只有100℃左右，導致一級省煤器下段煙氣溫度低，管壁溫度僅有120-130℃，此溫度恰好位于凝結酸量與腐蝕速度最大范圍內，出現嚴重的低溫腐蝕，當管子腐蝕到一定程度時，就會發生泄漏。從現場查看一級省煤器下段管子的情況：管子上粘附有大量的積灰，用水沖洗后，其背風面露出厚度約為的硬質灰層，這是煙氣中的硫酸蒸汽凝結發生腐蝕時伴生的低溫粘結性積灰，在硬質灰層覆蓋的管壁上，管子被腐蝕得坑坑洼洼，檢測沖洗管子排出的水的PH值為2~3，說明煙氣中含有腐蝕性極強的酸性物質。從以上情況說明，燃氣中“硫”成分存在，排煙溫度低導致低溫腐蝕是一級省煤器下段泄漏的重要原因。給水水質造成的腐蝕該鍋爐的給水溶解氧在5μg/L左右，給水PH值在左右，給水電導在cm左右（國家標準要求溶解氧≤15μg/L，PH值基本保持在之間，導電度在10us/cm以下）。從以上的給水指標看，給水水質不會造成省煤器腐蝕。省煤器吸熱量大，沸騰率高由表2可以看出一級省煤器設計受熱面積為1437m2，二級省煤器設計受熱面積為，而根據省煤器的實際圖紙（如圖1）進行核算：54205420100聯箱聯箱363φ32×3圖1二級省煤器蛇形管布置及截面圖二級省煤器沿煙道寬度共有53排蛇形管，平行于側墻順列布置，蛇形管規格為φ32×3mm，焊接式鰭片為扁鋼20×3，則根據上圖可計算出二級省煤器光管面積為：32/1000××5420/1000×16×53=461m2由于該省煤器為鰭片式省煤器，根據擴展受熱面計算公式：S1=L[πd+4（）]…………（1）式中：L—管子長度；d—管子直徑（外徑），；h—鰭片高度，。同長度的光管受熱面積：S2=Lπd…………（2）由公式（2）÷（3）可以得出鰭片管與光管的受熱面積比K=L[πd+4（）]/Lπd=考慮到省煤器管子彎頭處沒有鰭片，所以取K=，所以二級省煤器的實際受熱面積為：S=461×=同理：一級省煤器的實際受熱面積為m2。實際受熱面積與設計值相比較，一級省煤器實際受熱面積比設計面積大，二級省煤器實際受熱面積比設計面積大m2，省煤器受熱面積增大，吸熱增多，導致省煤器的沸騰率升高，原省煤器設計沸騰率為%，根據省煤器的實際受熱面及排煙溫度可以算出省煤器的實際沸騰率達到%（一般鍋爐省煤器沸騰率不超過20%），由于沸騰率高，省煤器局部蛇形管發生膜態沸騰，導致傳熱惡化，蛇形管局部過熱，使管子出現裂紋或爆管泄漏。省煤器的制造缺陷省煤器結構采用了縱向鰭片式，鰭片材質選擇的是，省煤器管子材質為20G，這兩種材料含碳量及雜質含量低，焊接性好，因此鰭片管焊接內在質量容易保證，但省煤器管子較長、壁厚較薄，焊接后焊縫部位會產生很大的縱向殘余拉應力，在省煤器受熱或冷卻后，部分應力表現尤為明顯，引發泄漏；同時，經檢查發現，焊縫收口處存在多處咬邊現象，這也是省煤器泄漏的誘因。省煤器的安裝缺陷按照省煤器的安裝標準及圖紙，對省煤器的聯箱標高、水平度及膨脹間隙，蛇形管間距及水平度、管夾位置及間隙、吊架等情況進行復查，未發現超出安裝標準及設計規范要求的情況，所以省煤器不存在安裝缺陷。3省煤器泄漏的對策及實施針對上述原因，控制煤氣中的“硫”成分，目前工藝不具備條件，因此只能從鍋爐設備及工藝上尋找方法。根據鍋爐現有煙氣的露點及鍋爐效率，從新設定排煙溫度為155±5℃、給水溫度為130±5℃，按照現有鍋爐的實際結構型式，過熱器及空氣預熱器結構及面積不變，省煤器采用光管對省煤器的面積進行校核，經過上述校核后，確定為一級省煤器的面積為940m2，二級省煤器面積為455m2。按照參燒90%（體積比）高爐煤氣的燃料進行校核計算，其熱力計算匯總如下：表3校核改造熱力計算數據匯總表名稱符號單位爐膛凝渣管高過低過二級省煤器二級預熱器一級省煤器一級預熱器煙氣入口溫度1℃煙氣出口溫度2℃煙氣平均速度Wym/s工質平均速度Wm/s工質入口溫度t1℃25525536525820617814720工質出口溫度t2℃255255450396255382206177傳熱系數KW/m2受熱面積Hm215734745522659402333傳熱量QKJ/Nm3根據以上確定的省煤器的面積對省煤器進行改造：取消省煤器的鰭片，完全采用光管，省煤器的管徑及壁厚不變，將一級省煤器縱向排數由原來的73排減少至60排，二級省煤器縱向排數不變，各進出口聯箱的標高不變。省煤器的受熱面積減少，煙氣阻力與原來比略微減小，故煙風系統其他設備不需要改造；另一方面，由于省煤器的面積減小，省煤器的自重也減小，故原系統設計的載荷也能滿足改造要求。所以需對省煤器進行從新設計，2015年8月定修時對新設計制造的省煤器及聯箱進行了更換。4實施效果省煤器改造后，通過調試，高爐煤氣燒量為萬m3/h、焦爐煤氣燒量為h、給水溫度為136℃、蒸汽負荷90t/h的運行參數：表4改造后實際運行數據名稱符號單位爐膛凝渣管高過低過二級省煤器二級預熱器一級省煤器一級預熱器煙氣入口溫度1℃————————煙氣出口溫度2℃————————工質入口溫度t1℃——————————工質出口溫度t2℃——————————從表4可以看出：鍋爐在接近于設計工況下運行，鍋爐負荷可達到90t/h，排煙溫度能控制在150℃左右，二級空預器出口風溫基本達到設計要求。運行至今未出現過省煤器泄漏現象，停爐對省煤器進行檢查，未發現省煤器管道上有結露及積灰現象，說明省煤器不再發生低溫腐蝕。5結束語鰭片式省煤器雖然可以擴展受熱面，減少省煤器鋼材消耗，降低排煙溫度，但擴展受熱面不是越大越好，必須根據吸熱量的需求、排煙溫度要求、省煤器沸騰率等因素確定受熱面面積；且縱向鰭片式省煤器加工過程要求