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MW燃煤机组低低温省煤器破损的原因分析及对策
袁福计盖科成梁红超曹昱冲吕中（华能平凉发电公司）
CauseanalysisandCountermeasuresfordamageoflowandlowtemperatureeconomizerofMWCoalfiredunit
YuanFuji，GaiKecheng，LiangHongchao，CaoYuchong，LvZhong
HuanengPingliangPowerGenerationCo.,Ltd.,Pingliangtwentyshop,Gansu,China,
ABSTRACT:Thispaperanalyzesthecausesoflowtemperatureeconomizerfailureof2XMWcoal-firedunitinapowerplant,andpointsoutthatsinglepointleakagecausedbywearandcorrosioncausestheoveralldeteriorationofheatingsurface;Theunitloadislow,theflowfielddeviatesfromthedesign,andthereislocalwearorashdeposition;Ammoniaescapeisseriousandflyashviscosityishigh,whichleadstotheincreaseofviscosityoffluegasflyashandtheblockageoftailheatingsurface;Thestructuredesignisunreasonableandtheflowfielddistributionispoor,whichfurtherincreasesthewearandashdeposition.Thispaperanalyzesthecausesoftheaboveproblems,andputsforwardthemethodsandwaystoreduceandpreventthewear,ashaccumulationanddamageoflow-loweconomizer.
KEYWORD:Lowtemperatureeconomizer;Sup
MW燃煤机组低低温省煤器破损的原因分析及对策
袁福计盖科成梁红超曹昱冲吕中（华能平凉发电公司）
CauseanalysisandCountermeasuresfordamageoflowandlowtemperatureeconomizerofMWCoalfiredunit
YuanFuji，GaiKecheng，LiangHongchao，CaoYuchong，LvZhong
HuanengPingliangPowerGenerationCo.,Ltd.,Pingliangtwentyshop,Gansu,China,
ABSTRACT:Thispaperanalyzesthecausesoflowtemperatureeconomizerfailureof2XMWcoal-firedunitinapowerplant,andpointsoutthatsinglepointleakagecausedbywearandcorrosioncausestheoveralldeteriorationofheatingsurface;Theunitloadislow,theflowfielddeviatesfromthedesign,andthereislocalwearorashdeposition;Ammoniaescapeisseriousandflyashviscosityishigh,whichleadstotheincreaseofviscosityoffluegasflyashandtheblockageoftailheatingsurface;Thestructuredesignisunreasonableandtheflowfielddistributionispoor,whichfurtherincreasesthewearandashdeposition.Thispaperanalyzesthecausesoftheaboveproblems,andputsforwardthemethodsandwaystoreduceandpreventthewear,ashaccumulationanddamageoflow-loweconomizer.
KEYWORD:Lowtemperatureeconomizer;Supercriticalcoalfiredunits;Abrasionandashdeposition
摘要：分析了某电厂2xMW燃煤机组低低温省煤器破的原因，指出磨损、腐蚀等原因导致单点泄漏引起受热面整体恶化；机组负荷偏低低，流场偏离设计，出现局部的磨损或积灰；氨逃逸严重，飞灰粘性大，致使烟气飞灰粘性增加，尾部受热面堵灰；结构设计不合理，流场分布差，进一步增加磨损、积灰，针对以上问题进行了原因分析，同时提出了减轻及防止低低省煤器磨损、积灰、破损的方法和途径，并简要介绍了#6炉低低温省煤器的技改方案。
关键词：低低温省煤器；超临界燃煤机组；磨损、积灰
0引言
为满足GB-《火电厂大气污染物排放标准》中重点地区烟气污染物排放限值的要求，在电除尘器入口加装低低温省煤器装置，以提高电除尘器除尘效率，同时还可通过余热利用，提高机组热效率，节能降耗。自设备投入运行以来，多次发生泄漏故障，严重时直接影响电除尘安全稳定运行。根据设计要求，低温省煤器的换热管组无泄漏运行时间不低于h，检修间隔与机组的检修间隔时间一致，即1.5年一次小修，6年一次大修，满负荷时降低发电煤耗不低于2.5g/kwh。当内部发生破损时，除停炉情况否则无法进入烟道进行检修，只能采取隔离措施，如不能判断具体位置只能隔离多个甚至整体隔离，致使该设备整体退出运行，设备利用率较低，因此研究低低温省煤器破损原因并找出相关对策十分重要。
1设备概述
华能平凉电厂2×MW超临界燃煤空冷机组系二期扩建项目，以kV电压向东输出电力，机组燃用华亭煤矿烟煤，工程取水为深度水再生和城市中水。锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司国产HG-/25.4-YM12型超临界压力、循环泵式启动系统、前后墙对冲低NOx轴向旋流燃烧器、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、全钢构架的变压本生直流炉，排烟设计温度℃。
华能平凉电厂二期#5、#6机组增设的低省设备，安装于电除尘之前、空预器之后烟道中，利用烟气余热加热汽机凝结水，提高机组综合效率，同时将排烟温度从℃降低到95℃（TMCR工况计算值），此系统运行后可有效提高电除尘的除尘效率。低省系统水侧取自汽机系统凝结水，取水口设置两路分别位于#7低加入口（水温53.1℃）以及#7低加出口（水温83.8℃），两路取水混合至70℃后进入烟气换热器设备本体，被烟气加热至98℃，通
过#6低加入口回至汽机凝结水系统（见图1）。
图1：华能平凉电厂二期低低省煤器系统图
2低低温省煤器正常运行控制
1、低低温省煤器运行正常运行时，控制低省煤器出口烟温在90-95℃之间，正常负荷情况下通过调节低省小旁路调节进入低省的凝结水流量，低低省出口烟温很低时，通过截流水侧入口或出口总门来调节进入低省的凝结水流量。
2、控制低低温省煤器入口进水温度在70-73℃运行，#7低加出口至低省煤器电动门在开启状态，#8低加入口至低省煤调门投入“自动”状态，并设定低压省煤器入口水温为70℃。当机组负荷偏低，低压省煤器入口凝结水温低于70℃时，自动控制#8低加入口至低压省煤器调节门开度，控制低压省煤器入口水温不小于70℃。
3、低低温省煤器4个烟道中的换热设备进出口均设置手动阀门，根据低省的运行状态，调整阀门开度控制进入每组换热设备的水流量从而控制每个烟道中的烟气温度，使进入电除尘器的四个烟道烟温一致进而提高除尘效率。
4、冬季严格执行防冻措施，机组停运后将低省内的积水全部排放干净，防止管束腐蚀。
5、做好低低温省煤器前端控制工作，合理进行燃煤掺配，严格控制脱硝系统运行参数，减少硫酸氢铵的生成，防止脱硝催化剂、空预器和低低温省煤器积灰堵塞，具体控制措施如下：
1）严格控制脱硝系统NOx排放浓度与氨逃逸率，控制排放浓度为30~40mg/Nm3，严格控制氨逃逸率≤2ppm，实际氨逃逸率＜1ppm。
2）严格执行脱硝催化剂吹灰制度，对催化剂每天全面吹灰4次，防止催化剂堵塞，造成氨逃逸增大，引起空预器、低低温省煤器积灰堵塞。
3）合理进行燃煤掺烧，控制燃煤硫份，以FGD入口烟气SO2含量为参考，尽量控制在mg/Nm3,最大不超过mg/Nm3，减少硫酸氢铵的生成。
4）严格控制脱硝入口烟温—℃，防止氨逃逸率超标。
5）严格投运低省声波吹灰器，每小时对低省管束吹灰1次。
3低低温省煤器现状分析
MW机组自年以来逐渐出现泄漏堵灰现象，年检修期间检查发现低低温省煤器泄漏、积灰、堵塞情况较为严重。
3.1低低温省煤器泄露、堵灰情况
如图2所示，为5号机组低省入口中间烟道最上层模块存在较大的漏点，致使其下部整体堵灰严重，中间烟道入口人孔门因烟道内部积灰较高无法打开，入口导流板区域烟道底部有约mm高的积灰，入口模块整体轻微磨损，翅片存在减薄现象，受热面较为干净，但局部存在漏点。
图2：低低温省煤器入口泄露堵灰实际情况
单点泄漏引起受热面整体恶化：低低温省煤器入口第一层模块存在一个较大的漏点，根据积灰形状可知，受热面堵灰由泄漏点向下部两侧散开，轮廓明显，判断泄漏量较大，是引起堵灰的主要原因。受热面局部出现堵灰后，烟气流通截面减小，烟气流速升高，加剧受热面磨损，进一步导致磨损泄漏，此外受热面局部出现堵灰后，烟气流场变差，积灰区域不断扩大，依此恶性循环，受热面整体恶化显著。
如图3所示为低低温省煤器出口受热面及烟道情况，烟道底部积灰严重，积灰高度达1m，积灰较粘，呈块状，受热面表面积灰，管束尾部有峰形积灰，且出口烟道内有很重的刺激性气味。
图3：低低温省煤器出口受热面及烟道情况
机组负荷降低，流场偏离设计：近年来，火电机组运行小时数以及平均负荷均不断降低，西北地区尤为明显，部分机组更是承担深度调峰任务，机组烟气量减少较多，此外，锅炉燃用煤质较设计煤质也有较大变化。低低温省煤器较锅炉其他受热面受影响更大，主要原因一是低低温省煤器布置于空气预热器和除尘器之间，烟道弯头多，空间小，常规导流板均是按照设计烟气量布置，当烟气量明显降低，流场偏差过大，易出现局部的磨损或积灰。二是低低温省煤器布置于水平烟道上，烟道底部易积灰，且一旦积灰较难恢复，由此同样引起烟气流场恶化，同样会加剧受热面的磨损和积灰。
氨逃逸严重，飞灰粘性大：低低温省煤器进出口均存在较大的刺鼻性气味，出口更是无法长时间停留，由此说明机组脱硝装置氨逃逸严重，致使烟气飞灰粘性增加，尾部受热面堵灰，这也是低温省煤器出口出现较高峰形积灰的原因。
导流板距离受热面较近，由于布置空间受限，当前导流板距离受热面入口较近，导流板不仅有导流作用，也有富集飞灰的副作用，高浓度的灰未经发散直接冲刷受热面，虽然流速不高，但浓度高，局部磨损加剧。
3.2低低温省煤器维护封堵情况
低低温省煤器在日常检修过程中封堵了约10%的换热管束，堵管情况见表1。
表1：低低温省煤器因泄露封堵统计表
3.3衍生存在的主要问题
1、机组运行期间，由于低低温省煤器自身的泄漏，与SCR脱硝系统中的逸出物NH3、烟气中的SO2反应生成硫酸氢铵（NH4HSO4），大量硫酸氢铵积聚堵塞低低温省煤器烟气换热通道，由于系统阻力上升导致机组无法正常接带负荷、三大风机电耗大幅增加、风机出现失速等严重影响机组安全稳定运行的负面问题，问题严重时乃至机组被迫停运。
2、由于磨损、腐蚀等问题造成低低温省煤器泄漏，导致其下游的电除尘器阴极线、阳极板粘灰严重，除尘效率下降，电除尘严重积灰时导致电除尘钢架垮塌等恶性事故，同时由于阴极线、阳极板结垢后容易形成垢下腐蚀，形成恶性循环。
3、由于硫酸氢铵积聚、积灰导致低低温省煤器换热效率下降，机组煤耗上升，严重时低低温省煤器退出运行导致节能目标无法实现，由于机组排烟温度上升导致脱硫塔喷水量大幅增加。
4、低低温省煤器由于以上问题的存在导致机组运行可靠性下降，电除尘效率降低造成粉尘排放超标，同时SO3排放等环保排放量也同步上升。
3.4低低温省煤器主要运行参数
机组满负荷工况下，机组及低低温省煤器主要运行数据见表2。由此可知，现有低省在夏季满负荷工况下可将烟气温度由℃降低至℃，将凝结水由79℃加热至95℃，凝结水流量约t/h，在冬季满负荷工况下可将烟气温度由℃降低至℃，将凝结水由70℃加热至91℃，凝结水流量约0t/h。
表2：机组及低低温省煤器主要运行数据
4原因分析
4.1堵灰原因分析
1、低温省煤器流场不均，造成内部局部堵灰。
2、煤种灰份、硫份偏大。灰份大造成烟气中带灰量偏大、管屏低温硫腐蚀后都会加剧低温省煤器的堵灰。
3、吹灰蒸汽中含水量较大。蒸汽吹灰器疏水温度控制偏低，会造成吹灰蒸汽带水，吹出的水分粘附到粉尘表面，含有水分的烟尘随烟气向出口端流动，造成低温省煤器堵塞逐渐由进气端向出气端加剧。
4、脱硝系统氨逃逸偏高，在空预器、低温省煤器区域形成硫酸氢胺，从而出现堵灰。
4.2腐蚀原因分析
1、煤中硫份偏高、氨逃逸高是造成腐蚀的主要原因。
2、因局部漏入冷风会造成低温省煤器局部低温，导致酸蒸汽或水蒸气局部区域低于露点。
3、要明确低温省煤器水侧投退的技术条件界定。
4、机组停机期间及时投入保养。
5、低低温省煤器管材防腐性能不达标。
4.3磨损原因分析
低低温省煤器的磨损主要是飞灰冲刷造成的，烟气携带的大量煤灰小颗粒，以一定的角度和速度冲击管表面。低温省煤器区域流场设计不均、局部区域产生烟气走廊、烟气流速过高、局部堵灰严重、烟道存在漏风点等都可能造成对低温省煤器的磨损。
4.4低低温省煤器安装时设计不合理
导流板距离受热面较近，由于布置空间受限，当前导流板距离受热面入口较近，导流板不仅有导流作用，也有富集飞灰的副作用，高浓度的灰未经发散直接冲刷受热面，虽然流速不高，但浓度高，局部磨损加剧。
5低低温省煤器破损的应对方案
5.1进行低温省煤器进口烟道的流场优化
模拟结果如图4所示，进口烟道内流场分布差，烟道内有涡流，尤其是低温省煤器前有较大范围涡流，低温省煤器内流场分布均匀性差，最高风速可达16m/s以上，相对均方根差值为0.，不利于低温省煤器的最佳换热性能，且换热器内风速高，易对换热管产生磨损，因此需在烟道中改造导流板，对流场进行优化。
图4:优化前进口烟道速度分布图
图5：优化后进口烟道速度分布图
烟道内改造导流板后，流场有了明显改善如图5所示，烟道内（尤其是低温省煤器前）涡流基本消除；低温省煤器内流场也有了明显改善，低温省煤器进口断面气流分布相对均方根差值为0.。
5.2堵灰应对措施
1、合理进行配煤掺烧及相关参数监视
1）配煤掺烧应根据各厂实际情况合理控制入炉煤硫份、灰分、水分，尽量控制入炉煤含硫量。
2）对于高硫份、高水分、低挥发分、高灰分的特殊煤种，应按照烟气酸露点曲线进行合理调配，防止酸露点上升导致受热面积灰和低温腐蚀的产生。
3）如新掺烧煤种应及时取样化验掌握煤种挥发分、水分、硫份、灰分、结渣温度特性合理进行比例调整，并进行掺烧试验，根据试验结果分时段进行掺烧。
2、加强脱硝系统氨逃逸的监视，及时进行脱硝系统喷氨的优化调整，防止脱硝系统下游设备如空预器、低温省煤器内形成硫酸氢胺而堵灰。
3、加强机组停运后低温省煤器的常规内部检查，发现低温省煤器有堵灰、渗漏时及时进行清理、隔离。
4、加强低低温省煤器进口段灰斗输灰运行，可减少堵灰、磨损的现象。
5.3腐蚀应对措施：
1、煤中硫份偏高、氨逃逸高是造成腐蚀的主要原因，加强控制入炉煤质及脱硝系统的喷氨优化调整。
2、因局部漏入冷风会造成低温省煤器局部低温，导致酸蒸汽或水蒸气局部区域低于露点，要重视尾部烟道漏风的治理工作。
3、要明确低温省煤器水侧投退的技术条件界定。目前我厂是低低温省煤器随凝结水系统一起投运，存在低温运行段。建议采用在机组并网前先进行低省冲洗，机组并网后进行水质化验，化验合格后低低温省煤器温度正常后投运。
4、机组停机期间及时投入保养。
5、目前低温段模块都选用ND钢，综合各厂实际运行情况，该部位选用ND钢时，仍出现腐蚀，可考虑管材升级，如L、等材料。
5.3磨损防范措施
重新对烟道的烟气流场进行CFD数值模拟计算，获取低温省煤器进、出口及其内部的烟气流场分布，从根本上避免出现烟气走廊、烟气偏流及涡流等，预判磨损严重的部位，从而采取相应的防止或减轻磨损的措施，如合理增设导流板等。
选择合理的烟气流速。为了避免发生严重的磨损，烟气流速必须控制在合理的范围内，使烟气流具有自清灰功能的同时又不至因烟气流速过高而产生不可控的磨损，一般控制低温省煤器通道烟气流速在8-9m/s，可减少烟气粉尘对管束的磨损，同时烟气兼具自清灰功能。
低温省煤器距离烟道入口弯头过近，烟气流场不均，有必要在弯头处加装导流板，使烟气流均匀冲刷换热管，不仅提高受热面的换热效率，还可防止局部磨损。如需要对烟道进行扩大时，需考虑低温省煤器进口烟道扩张角30℃，避免大角度扩张，产生涡流。
在低温省煤器最前部加装不少于两排的假管（材质以抗磨性为主），并在第一排换热管顺烟气方向加装2mm厚的不锈钢防磨瓦，进一步减轻对前端换热管排的磨损。
烟道内管子整体无对接焊缝，保证蛇形管弯头、焊口与烟气流动区隔离，防止弯头及焊缝的磨损。
加强对脱硝、空预器、低温省煤器烟气侧差压的监视，需合理、及时进行定期或加强吹灰，防止因局部设备差压偏高，为了保证炉膛负压，造成低温省煤器区域的负压增大，导致其风速也增大，又加剧了低温省煤器的磨损。
可采用新型的低温省煤器，如采用涂搪瓷材料、通过二阶媒进行热交换等。
5.4运行方面应对措施
加强主要参数监控，根据不同模块实际情况适当提高低低温省煤器排烟温度。
启、停机特殊工况
2.1为了防止机组启动初期的低温腐蚀，一般情况下，在机组并网前先进行低温省煤器的水侧冲洗，在机组并网后需进行水质化验合格后才能投运低温省煤器。所以，低温省煤器投运时一般机组都在40%负荷以上，对早期电除尘出灰也是有利的。
2.2为了防止管屏低温腐蚀以及电除尘出灰顺利，各机组并网后投运低温省煤器时出口烟温先按℃运行72小时后，再恢复至设计的90℃控制。
2.3针对二期机组往年夏季运行小时相对较少，为防止内部腐蚀，机组停运后，除全面放水外，建议专门通过小改造，在水侧加装了充氮装置，从而保证进行充氮保养。
3、机组正常运行时主要措施：
3.1加强配煤掺烧管理，确保入炉煤的含硫量合理，既保证炉膛水冷壁的高温腐蚀，也可防止空预器、低温省煤器的低温硫腐蚀。
3.2针对机组、负荷、煤种、环境温度等不同情况，适当调整低温省煤器出口烟温在90-℃间，以确保锅炉出灰系统顺畅、不板结。
4、严格控制脱硝系统的氨逃逸率小于2ppm，防止硫酸氢胺对下游设备的影响，必要时进行喷氨优化调整。
5、合理进行吹灰。H型翅片的低温省煤器每24小时声波吹灰一轮，可考虑改造对底部易积灰处增加吹灰次数。
5.5技术改造
5.5.1改造方案
根据目前存在的问题，公司首先对对#6机组低低温省煤器进行改造，提出以下治理方案：
将低省#1-4换热器（共6层）热端整体隔离，切断与冷端换热器的连接，将冷端换热器的联箱出口管直接引至热端换热器与各层分支阀门汇通，对热端换热器各层出、入口联箱加装堵板，完全隔离热端换热器。如图7所示，此处作为假管使用，不再参与水循环。图7所示，切断冷端出水管至热端￠管汇接至疏水门。
图6：主视图、简图（改造前）
图7：主视图、、简图（改造后）
5.5.2改造后的优势及不足
1、优势：
1）第一组换热器整体作为假管使用，可起到均流、减速作用，为第二组换热器起保护、缓冲作用。
2）可有效降低低低温省煤器衍生出的系列问题，降低电除尘的结垢与腐蚀，避免重大事故的发生。
2、不足：换热效率将减少50%，节能减排成效将有所折扣。
7结束语
通过对MW燃煤机组低低温省煤器投运以来出现的问题分析探讨，有针对性的进行原因分析，提出了减轻及防止低低省煤器磨损、积灰、破损的方法和途径，并简要介绍了#6炉低低温省煤器的技改方案。通过采取措施，解决了公司MW机组低低温省煤器的破损的问题。
参考文献
[1]集控运行规程，吕中、胡文强、李继伟，
[2]煤粉锅炉低温省煤器泄漏的原因分析及对策，赵良胜，青岛理工大学学报，
[3]低温省煤器及MGGH运行中存在典型问题分析及对策，刘宇钢 罗志忠、陈刚、杨志忠
[4]#6炉低低温省煤器技改方案，平凉发电公司检修部，
作者简介：
袁福计，男，山西人，本科，高级工程师，从事火电厂集控运行。
盖科成，男，甘肃人，本科，高级工程师，从事火电厂运行管理工作。
梁红超，男，甘肃人，本科，高级工程师，从事火电厂运行管理工作。
曹昱冲，男，甘肃人，研究生，高级工程师，从事火电厂运行工作。
吕中，男，甘肃人，本科，高级工程师，从事火电厂运行管理工作。
收稿日期：年05月
