热电厂省煤器泄露的原因及预防措施

范立辉(中油电能热电二公司发电分厂，黑龙江 大庆 163000)

0 引言

省煤器是布置在锅炉对流烟道的尾部，利用烟气余热加热给水，以降低排烟温度，提高锅炉的热效率的设备。宏伟热电厂目前所使用的五台锅炉中，1#、2#、3#炉省煤器为单级省煤器，位于尾部竖井中，水与烟气逆流，错列布置。烟气出口温度约320℃，设计速度为7.2m/s。4#、5#炉省煤器位于尾部烟道中，采用水与烟气逆流、双级布置，错列的结构。管排为蛇形管，规格Φ32×4mm，20G 钢管，上级省煤器烟气出口温度为374℃，下级烟气出口温度为267℃，烟气流速为7.1m/s。

在近几年的运行过程中，经常发生由于省煤器的泄露而被迫停炉处理的情况。每次停炉不仅影响整体的发电、供热、供汽任务，而且启停耗费时间长，费用高，还引起锅炉整体设备使用寿命的损耗。因此，在运行过程中如何保护省煤器，减少其泄漏和停炉的次数，意义将十分重大。

1 泄露的原因分析

煤粉炉省煤器的泄露，主要原因有飞灰磨损、管内腐蚀、低温腐蚀、超温爆管这几种情况。其中，飞灰磨损是由于烟气中携带的颗粒撞击和切削管壁造成的；管内腐蚀是由于给水中含氧量超标以及溶解氧受热析出造成；低温腐蚀则是烟气中含有的硫氧化物、氮氧化物与水蒸气反应生成酸类腐蚀；超温爆管则是局部受热过高冷却不足造成的。

宏伟热电厂近几年发生的省煤器泄漏现象，多是发生在省煤器后墙蛇形管排和两侧靠近炉墙的位置，这几个位置是普遍易磨损的位置。靠后墙的蛇形管排泄露的原因是锅炉烟气再进入竖井烟道前要自水平烟道转90°弯，在离心力作用下，在竖井烟道的后墙烟气中聚集了大量的灰粒，这种烟气的含灰量大，造成靠后墙的几排蛇形管排磨损比较严重，进而造成泄露。在省煤器管的弯头与竖井烟道两侧墙之间的间隙可以形成烟气走廊，由于受到阻力较小，所以烟气流速高，才使磨损较为严重。因此，如何减小烟气对省煤器的磨损，是我厂防止省煤器泄露的主要问题。

1.1 磨损原理

省煤器受热面受到烟气冲刷时，被具有一定速度和力量的飞灰颗粒冲击着管壁，每一次冲击都可能造成不同程度的损伤，从管壁上削去极其微小的金属屑，飞灰连续地冲击，将管壁越削越薄，最终产生磨损。可以根据灰粒的运动方向与被冲击面之间的夹角不同，分为两种不同类型，当灰粒以接近90°的夹角冲击炉管时，炉管表面将形成一个塑性变形层，该变形层在灰粒的反复冲击下，形成冲击磨损，斜向冲击时，冲击力分为法向分力和切向分力。可以引起冲击磨损的是法向分力，可以引起切削磨的是损切向分力，可以引起冲刷磨损的是顺流冲击。

1.2 磨损因素的数理分析

影响磨损的因素包括飞灰浓度、烟气流速、飞灰的磨损性能等方面。目前使用的管材磨损量基本公式为：

式中，C为比例常数，与烟速无关，与煤种有关；ω为飞灰的运动速度(m/s)；η为飞灰的撞击率，η=f(K)，其中Phσh为飞灰的密度(kg/m2)，υ为烟气的动力粘度(kg/(m·s))， g为重力加速度(m/s2)，d 为受热面的管子直径(m)，K与η的关系如图1所示。

图1 K与η的关系

从式中可以看出，磨损量的大小与烟气速度、飞灰浓度、飞灰量有关。从公式中可以看出，各个因素与磨损量的关系为：

(1)飞灰速度。磨损量与飞灰速度的三次方成正比，烟气流速越高，飞灰磨损越严重。

(2)飞灰浓度。飞灰浓度越大，灰粒冲击的次数越多，磨损也就越严重。

(3)煤质特性。煤中灰份越大，烟气中飞灰浓度也越大，磨损越严重。

(4)灰份特性。烟气中的灰粒越粗、越硬，磨损越严重。

(5)管束的结构特性。当烟气横向冲刷时，错列管束、顺列管束磨损严重，烟气纵向冲刷时，磨损减轻。

(6)飞灰撞击率。飞灰颗粒大，飞灰比重大，烟气流速快，烟气粘度小等因素，都会增加飞灰的撞击率。飞灰撞击率越大，磨损越严重。

2 改进措施

2.1 保证合理的烟速

在额定负荷下，我厂的省煤器烟气速度设计值为7.1m/s。但在运行过程中，锅炉经常处于偏离额定负荷运行，这时应相应的减小锅炉的吸送风量，控制合理的过量空气系数，以减小烟速保护省煤器。由公式(1)可得，烟速降低，可使得磨损量大大减小。但是，烟气速度不能低于5m/s，过低将会加剧受热面的积灰，使得烟气流通面积过小，烟气流速分布不均，进而加大部分位置的烟速和磨损。并应加强对省煤器的吹灰效果，减小积灰，增加流通面积。同时，运行时应避免超负荷运行。负荷增加，会使烟气流速大大增加，其携带的灰粒也会增加，将大大加剧对管壁的磨损。而运行时，操作人员为降低排烟温度，往往会采用增加引送风量的方式，这样更能加剧省煤器的磨损。

2.2 降低灰分的硬度

省煤器工作于尾部烟道处，随着烟气温度的降低，烟气中灰分的硬度也随之增加。当飞灰温度降至700℃以下时，灰粒便开始变硬。同时，一些未燃尽的煤粉颗粒随着烟气进入尾部烟道中，由于煤粉颗粒的硬度远远大于灰分的硬度。它对管壁的磨损十分剧烈。因此，控制进入炉膛的煤粉细度以及合理的调整燃烧，防止未燃尽的颗粒进入尾部烟道，可以大大减小省煤器的磨损量。宏伟热电厂所使用的风扇磨直吹式制粉系统，仅有一组粗粉分离器，且随着使用时间的增长，打击板打击能力下降和回粉管的堵塞，其煤粉细度会随之增加，进入尾部的颗粒也会增多。因此，建立一个完善的检测制度，根据风扇磨的运行规律，控制好其出口的煤粉细度，可以有效减少煤粉的未燃尽量，并能够提高锅炉的燃烧效率。

2.3 减少进入尾部的灰分量

由于落灰管处烟气流速小、温度低，烟气中的水蒸气会凝结，沾灰甚至冻结，常常堵塞落灰管，以至于灰分不能及时排出，因而并未减少尾部的会含量，甚至部分飞灰会在在灰斗部位回旋，造成多次打击管壁。因此，如果在落灰管加装电磁振动器，防止飞灰凝聚堵塞，及时将聚集的飞灰排入地沟中，可以有效的减小烟气中的灰分尤其是大直径的颗粒对省煤器的撞击和磨损。

2.4 加强吹灰

省煤器积灰会增加会影响传热和烟气的流通，引起热偏差和烟速不均，并增加吸风机的电耗量。省煤器中的积灰一般是先由管道的迎风面和背风面开始，进而扩大聚集，最后聚集连成一片，堵塞烟道流通的通道。我厂目前使用的吹灰装置中，其辐射方向为扁圆或椭圆球形，作用半径不足3m，并没有有效的除去省煤器水平方向的积灰。如在尾部烟道中加装汽爆式激波吹灰器，利用压缩空气直线射出，用以除去尾部烟道水平方向的吹灰，防止飞灰聚集。

3 结语

省煤器是工业锅炉中不可或缺的部件，省煤器的泄漏已经成为影响锅炉正常运行重要因素。因此，在运行过程中如何保护省煤器，减少其泄漏和停炉的次数，对于实现节能减排意义重大。本文根据对宏伟热电厂近几年省煤器泄漏现象的分析，提出改进的系列措施。