1 前言
為滿足GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中重點(diǎn)地區(qū)煙氣污染物排放限值的要求，江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司三期（2×630MW機(jī)組）在2013年進(jìn)行了電除器的改造，并在電除塵器入口加裝低溫省煤器裝置，以提高電除塵器除塵效率，同時(shí)還可通過余熱利用，提高機(jī)組熱效率，節(jié)能降耗。自設(shè)備投入運(yùn)行以來，多次發(fā)生泄漏故障，嚴(yán)重時(shí)直接影響電除塵安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，低溫省煤器的換熱管組無泄漏運(yùn)行時(shí)間不低于50000h，檢修間隔與機(jī)組的檢修間隔時(shí)間一致，即1.5年一次小修，6年一次大修，滿負(fù)荷時(shí)降低發(fā)電煤耗不低于2.5g/kwh。當(dāng)內(nèi)部發(fā)生泄漏時(shí)，除停爐情況否則無法進(jìn)入煙道進(jìn)行檢修，只能采取隔離措施，如不能判斷具體位置只能隔離多個(gè)甚至整體隔離，致使該設(shè)備整體退出運(yùn)行，設(shè)備利用率較低。每減少一次泄漏，一年大約可以節(jié)約費(fèi)用約50萬元，因此研究低溫省煤器泄漏原因并找出相關(guān)對(duì)策十分重要。
2 低溫省煤器概述
火力發(fā)電廠消耗我國煤炭總產(chǎn)量的50%，其排煙損失是鍋爐運(yùn)行中最重要的一項(xiàng)熱損失，約為5%--12%，占鍋爐熱損失的60%--70%。一般情況下，排煙溫度每升高10-20℃，排煙熱損失增加0.6%-1.0%。合理降低鍋爐排煙溫度對(duì)節(jié)約燃料和降低污染具有重要的實(shí)際意義。
近年來鍋爐余熱回收利用，降低排煙溫度類的鍋爐技術(shù)改造較多。低溫省煤器及擴(kuò)展表面強(qiáng)化換熱技術(shù)用于鍋爐尾部受熱面改造已經(jīng)成功應(yīng)用于國內(nèi)外多家電廠鍋爐的節(jié)能改造，在理論上也己發(fā)展到結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化的階段。具體方案為：凝結(jié)水在低溫省煤器內(nèi)吸收排煙熱量，降低排煙溫度，自身被加熱、升高溫度后再返回汽輪機(jī)低壓加熱器系統(tǒng)，代替部分低壓加熱器的作用。低溫省煤器的傳熱溫差低，因此換熱面積大，占地空間也較大，在考慮各種因素條件下，其安裝位置大致分為三種：一是在除塵器的進(jìn)口；二是在脫硫吸收塔的進(jìn)口；三是煙囪入口。由于其應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，國家能源局將其列入《燃煤電廠綜合升級(jí)改造節(jié)能降耗技術(shù)、產(chǎn)品推薦目錄》。
3 低溫省煤器結(jié)構(gòu)
江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司三期（2×630MW機(jī)組）低溫省煤器采取的是受熱面整體布置于空氣預(yù)熱器與除塵器之間的方案，并聯(lián)入原回?zé)嵯到y(tǒng)，安裝于空氣預(yù)熱器與除塵器之間的四個(gè)水平煙道內(nèi)，如下圖
圖一
低溫省煤器內(nèi)凝結(jié)水與煙氣換熱呈逆流布置，一方面可大大提高煙氣調(diào)溫裝置的傳熱系數(shù)；另一方面，可使排煙溫度的降低不受介質(zhì)出口水溫的限制，最大限度地降低排煙溫度。受熱面采用順列H型翅片管逆流分組式的布置，每個(gè)受熱面布置若干個(gè)換熱管箱，每組管箱的進(jìn)出口安裝手動(dòng)閥門，可實(shí)現(xiàn)單組管箱的切除與投運(yùn)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。如下圖，
圖二
4 泄漏原因分析
4.1運(yùn)行以來的泄漏情況統(tǒng)計(jì)，見下表（僅統(tǒng)計(jì)#5爐），
表一低溫省煤器泄漏情況統(tǒng)計(jì)
泄漏時(shí)間 | 泄漏部位 | 泄漏情況 |
2013-12-27 | #5爐AA側(cè) | 管材質(zhì)量問題 |
2013-12-27 | #5爐AB側(cè) | 管材質(zhì)量問題 |
2014-4-24 | #5爐AA側(cè)-6、-7、-8組 | 磨損減薄 |
2014-5-18 | #5爐AA側(cè)-5組 | 焊縫漏 |
2014-6-3 | #5爐BA側(cè)-1組 | 磨損減薄 |
2014-9-29 | #5爐BA側(cè) | 磨損減薄 |
2015-5-4 | #5爐AA、BB側(cè)各一組 | 磨損減薄 |
2015-6-9 | #5爐BB側(cè)-8組 | 磨損減薄 |
2015-11-30 | #5爐BA側(cè) | 磨損減薄 |
2016-6-15 | #5爐BA側(cè) | 磨損減薄 |
2017-5-14 | #5爐BA側(cè)-6組、BB側(cè)-4組 | 磨損減薄 |
通過歷次的停爐檢查發(fā)現(xiàn)，除剛剛安裝后的兩次管材質(zhì)量問題以外，泄漏點(diǎn)基本都是磨損減薄導(dǎo)致。多出現(xiàn)在迎風(fēng)面假管后面第一根，翅片根部，磨損部位較為集中。典型圖片如下圖，
4.2原因分析
4.2.1煙氣流場不均勻。
整體上考慮，煙氣從空預(yù)器出口至低溫省煤器入口，通過導(dǎo)流板分配，由于導(dǎo)流板設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致煙氣分配不均形成煙氣走廊，造成局部沖刷劇烈；局部流速過高或者煙塵含量過高同樣會(huì)導(dǎo)致局部磨損減薄超標(biāo)。此情況由圖三可以看出。
局部上分析，同樣由于導(dǎo)流板設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致低溫省煤器迎風(fēng)面第一組模塊的煙氣進(jìn)入角度不是垂直狀態(tài)，在通過受熱面管道翅片時(shí)形成撞擊產(chǎn)生渦流，對(duì)換熱管束翅片根部沖刷加強(qiáng)，導(dǎo)致根部磨損嚴(yán)重。此情況從圖四可以很好得到證明。
4.2.2管材質(zhì)量的影響。
低溫省煤器受熱面管束質(zhì)量，直接影響到設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。安裝初期的兩次泄漏，經(jīng)過分析為原材料存在質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致制造出來的換熱模塊存在問題。
4.2.3飛灰濃度的影響。
由于煤炭資源的不可再生性，優(yōu)質(zhì)煤種越來越少，煤炭價(jià)格也隨之增長，入爐煤質(zhì)越來越差，灰分也越來越高。原鍋爐設(shè)計(jì)煤種灰分為10.26%，常用的煤種成分中灰分范圍大概為10%-24%，煙氣飛灰濃度的增加必然導(dǎo)致低溫省煤器換熱管束的磨損加劇。
4.2.4煙氣流速的影響。
受熱面金屬表面的磨損正比于飛灰顆粒的動(dòng)能和撞擊次數(shù)。飛灰顆粒的動(dòng)能和速度的平方成正比，而撞擊次數(shù)同速度的一次方成正比，管子金屬面的磨損就同煙氣速度的三次方呈正比例。煙氣流速直接影響低溫省煤器模塊的換熱系數(shù)，流速增加，換熱效果提高，同時(shí)增加的還有風(fēng)機(jī)電耗，加速了模塊管束的磨損；流速降低，換熱效果降低，模塊管束吸附的灰粒無法被帶走，可能導(dǎo)致積灰嚴(yán)重，造成模塊堵塞，影響鍋爐安全運(yùn)行。
5 防范措施
5.1入口煙氣流場優(yōu)化。
利用基于CFD仿真分析技術(shù)對(duì)低溫省煤器入口煙氣流場進(jìn)行數(shù)值模擬得出合理的導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)和數(shù)量，在滿足參數(shù)指標(biāo)的前提下，導(dǎo)流板的數(shù)量盡可能減少。
盡量消除入口漏風(fēng)對(duì)流場的影響。定期檢查煙道、伸縮節(jié)漏點(diǎn)，及時(shí)處理。
此外，加強(qiáng)SCR噴氨優(yōu)化調(diào)節(jié)，定期空預(yù)器、低溫省煤器吹灰，防止發(fā)生局部煙道堵塞時(shí)，煙氣偏流向未堵塞側(cè)煙速提高，造成單側(cè)局部磨損。
5.2加強(qiáng)換熱模塊、管束質(zhì)量管理。
a.采購時(shí)要求供應(yīng)商提供100%合格的無損檢測和超壓水壓試驗(yàn)報(bào)告。
b.檢修過程質(zhì)量管控，焊接工藝嚴(yán)格把關(guān)。
c.具備條件情況下，投入運(yùn)行前進(jìn)行水壓試驗(yàn)檢查。為了便于檢查，可在合適位置安裝外接打壓裝置接口。
另外，利用每次停爐檢修機(jī)會(huì)，除打壓檢查外，還進(jìn)入內(nèi)部對(duì)迎風(fēng)面換熱管束最可能磨損的第一、第二排進(jìn)行全面的檢查和記錄（厚度測量），進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)于減薄的管束進(jìn)行必要的處理，如，磨損處打磨堆焊，跳管臨時(shí)處理（管排數(shù)量設(shè)計(jì)時(shí)有余量）等，待機(jī)組大小修時(shí)集中處理。
5.3合理摻配，優(yōu)化煤炭摻燒系統(tǒng)。
適當(dāng)減少入爐煤的灰分，提高煤種摻配科學(xué)性，加強(qiáng)運(yùn)行參數(shù)調(diào)整操作的合理性、及時(shí)性，都將使得鍋爐所有受熱面、風(fēng)機(jī)葉片的磨損和故障率都將減少，設(shè)備壽命得到提高。
5.4增加防磨措施。
a.假管防護(hù)。換熱模塊迎風(fēng)面第一排設(shè)置假管，減少飛灰顆粒的正面撞擊，降低受熱管束的磨損。
b.將假管由光管更換為帶有H型翅片的管材，有到一定的導(dǎo)流、均流優(yōu)化作用，進(jìn)一步受熱管束的磨損。
c.局部磨損嚴(yán)重區(qū)域可以采取兩層假管防護(hù)
6 結(jié)束語
本文針對(duì)江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司三期（2×630MW機(jī)組）低溫省煤器泄露的原因進(jìn)行分析，經(jīng)過不斷的探索研究，取得了顯著的效果。證明上述的措施是切實(shí)可行的，能有效減少低溫省煤器泄漏，對(duì)同類型機(jī)組有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1] 鍋爐設(shè)備及運(yùn)行[M]，北京，水利電力出版社．
[2] 葉江明，《電廠鍋爐原理及設(shè)備》，北京，中國電力出版社，2004
[3] 徐生榮，降低煙氣鍋爐排煙熱損失方法探討[J]，能源研究與利用
