燃煤电厂低温省煤器泄漏分析及检测、预防方法初探

燃煤电厂低温省煤器泄漏分析及检测、预防方法初探

张驰

国家电投集团江西电力工程有限公司南昌分公司   

江西省南昌市   330000

摘要：电厂低低温省煤器技术利用烟气余热加热凝结水，在提高机组效率的同时降低排烟温度，可提高除尘效率、减少污染物排放。近年来，越来越多的机组开始使用此技术以达到节能降耗的目的。但在应用低低温省煤器技术的过程中，可能会出现低低温省煤器过度磨损、堵塞等问题，影响机组安全稳定运行。随着低温省煤器的广泛应用，其泄漏威胁机组的安全运行问题也开始暴露。本文对低温省煤器的泄漏现象，分析磨损、腐蚀等造成泄漏的原因，并提出泄漏在线检测和预防泄漏的方法。

关键词：低温省煤器；泄漏；磨损

一、燃煤电厂低温省煤器应用现状

燃煤电厂低温省煤器布置在除尘器前，处理的烟气含尘浓度一般为 10 ～ 50g/m3，粉尘浓度较高。据统计，已投运低温省煤器中，超过40% 的项目暴露出泄漏的问题，出现泄漏的平均时间为 2～3 年。目前针对低温省煤器的泄漏还未开发出非常有效的检测装置，因此一旦换热管发生泄漏无法及时被发现，冷却水将源源不断的进入烟道中，影响低低温电除尘器及机组的安全运行。造成低温省煤器泄漏的主要原因为有磨损、局部腐蚀、安装制造缺陷等，主要表现在磨损泄漏、局部腐蚀泄漏方面。磨损发生的重点部位为烟气走廊、支托板及侧板、迎风面及背风面中下部等气流不均处，出现磨损的主要原因包括设计不合理、换热器烟气变向引起的颗粒浓度集中等。局部腐蚀主要是硫酸氢铵腐蚀、膨胀端弯头酸腐蚀等。超低排放改造后，由于氨逃逸问题，部分机组出现硫酸氢铵在低温省煤器上粘附、堵塞，造成阻力上升。换热器膨胀端由于管子与孔板间有空隙，粉尘容易进入到膨胀端，而烟气也容易经由缝隙流出，再由下游的缝隙流回到换热器形成短路。由于膨胀端内烟气受冷，酸性气体冷凝，进而对弯头产生腐蚀。由于硫酸氢铵粘附堵塞等原因造成换热器积灰而运行阻力超标，而膨胀侧由于结构原因易积灰。针对低温省煤器磨损、泄漏等现状，现有技术一般采用流场优化、材料或结构改进等增强其防磨、防漏性能。

二、燃煤电厂低温省煤器泄漏现象及原因

某电厂经对出现泄漏的主要磨损部位位于烟气走廊处、支托板及侧板处。出现磨损的主要原因包括: 烟气走廊、支托板结构及烟气导流不合理、换热器烟气变向引起的颗粒集中、安装问题等。根据泄漏样本的统计，由于磨损原因造成的泄漏包括: 烟气走廊导致的磨损样本为 26 个，占泄漏样本的比例为 38．2% ; 管撑、支托板及侧板处磨损的样本为 19 个，占泄漏样本的比例为 28% ; 导流板颗粒射流 + 气流分布不均的样本为 35 个，占泄漏样本的比例为 51．5% ( 注: 有部分样本为多种原因导致的多点泄漏) 。各种磨损原因具体分析如下: ( 1) 烟气走廊导致的磨损: 包括带有底部排水灰斗、底部孔板等结构设计形成的烟气走廊; 另外，安装原因造成壳体顶板与模块间隙过大也容易形成烟气走廊。 ( 2) 中托板位置磨损: 由于大部分低温省煤器入口扩散段较短，导流板与模块距离较近，使得粉尘颗粒沿导流板表面形成斜向射流，与之相对的中托板内侧位置则成为高速粉尘流动通道，磨损支托板附近的假管和换热管; 若中托板与翅片之间的间隙较大而形成局部气流高速区，则还会对通道中后端的换热管形成贴壁冲刷磨损。由于粉尘自重作用，加上下部模块气流速度更高，因此中下部模块中托板附近管束受影响更大。 ( 3) 侧托板位置磨损: 粉尘气流从进口喇叭扩张段进入到换热器直段，在两侧托板和上部顶板都会形成气流的拐向，气流中的颗粒则因惯性而产生浓缩效应，进而在边壁形成颗粒流。由于颗粒的重力作用，下部区域颗粒下沉，在两侧托板上形成的颗粒流域对中下部近壁管束形成了较严重的磨损。

三、燃煤电厂泄漏在线检测方法

1、红外热成像仪检漏。利用红外热成像仪对物体与背景环境不同的辐射差异所形成的热能分布，即热图像进行泄漏检测分析。热成像设备布置在低温省煤器进出口或检修通道处，利用吹灰器对换热器烟道壳体底部固定位置进行吹灰，使该面积域保持较低粉尘堆积，同时利用热成像仪对该面积域范围进行实时热成像监视。在换热器未发生泄漏时，换热器该区域范围温度基本稳定在某一范围内; 当换热器发生泄漏时，管道内液体以高速喷射进入烟道内，当泄漏发生一定时间时，烟道底部的水积累到一定程度，覆盖烟道底板，此时热成像仪监视的面积域热成像图像发生明显变化，机组运行值班人员可通过热成像工控机发现泄漏异常。

2、流量体积守恒在线检漏。在低温省煤器运行过程中，单位时间内，低温省煤器入口冷却水的体积流量考虑一定的膨胀率后可近似等于低温省煤器出口的体积流量。利用该特征，在低温省煤器进出口设置体积流量积算仪，积算单位时间内低温省煤器进出口的体积流量之差，并设置一个泄漏报警误差值，该误差主要包含水膨胀导致的体积变化( 在低温省煤器工况下，水的膨胀系数低于万分之七) ; 当低温省煤器正常运行时，单位时间内低温省煤器进出口体积流量之差在误差值范围内; 当进出口体积流量之差超过设定的报警误差值时，说明系统发生了泄漏，应采取相关措施，降低泄漏所带来的风险。流量体积积算仪可连接至DCS 系统，实现集中控制。

四、燃煤电厂泄漏预防措施

1、流场优化。根据以上泄漏现象分析，造成低温省煤器泄漏诸因素中最多的是磨损泄漏，而磨损泄漏的最主要原因在于气流分布不均匀。为了提高低温省煤器使用寿命，必须对低温省煤器进出口及内部流场进行优化。由于大部分低温省煤器属于改造项目，其入口烟道短，气流经过多次变径及转向，存在较多涡流，因此产生的烟道内积灰又导致气流与颗粒流分布更加不均匀; 低温省煤器入口断面局部最高风速达到 15～20m /s，不仅影响换热管换热效率，还大幅增加换热管磨损的几率。流线型烟道是一种新型流场优化技术，该技术流场优化能力强，对低温省煤器入口烟道的空间要求相对较小，容易实现尘流均布，同时能减小烟气阻力。如图 4 所示，对换热器前烟道导流板进行流线型优化设计，消除了烟道入口处大范围的涡流; 相比常规导流板布置，低温省煤器上游弯头处的速度有所提高，有利于减轻烟道内的积灰问题; 低温省煤器入口断面速度分布均匀性得到改善，局部最高风速由15～ 20 m /s 下降到10～ 12 m /s，并实现颗粒流大体均布，从而有利于降低磨损速率、提高换热效率。

2、运行优化。尽可能减少低温省煤器受热面的积灰，随着锅炉负荷的变化，应调整吹灰器的工作频率，例如低负荷时烟气流速低应加强清灰。对于燃烧含灰量大的煤质，应采用吹灰性能好，吹灰过程不影响低温省煤器正常工作的声波吹灰器，避免使用蒸汽吹灰器。对于吹灰器的空间布置应合理，吹灰面尽可能覆盖换热器内管束，避免死角的出现。在脱硝设备运行过程中，氨逃逸达到一定程度会导致下游设备硫酸氢铵粘附堵塞和腐蚀。由于造成氨逃逸率高的原因主要是催化剂活性降低、NOx 和 NH3 浓度场分布不均匀以及氨过喷，所以需要针对性的采用高效改性催化剂、喷氨量控制优化、气流优化等措施降低氨逃逸。对于有条件的机组，应采用优质燃煤，从而降低燃煤烟气中的粉尘量、硫化物。

对低温省煤器泄漏问题，从多个方面提出防泄漏措施以预防泄漏的发生; 提出了在线泄漏检测的方法，以便及时发现泄漏，将低温省煤器泄漏所带来的风险降至最低，保障机组设备的正常运行。

参考文献：

[1] 齐林虎,黄新元,郭峰.低低温省煤器在电站机组上的应用[J].华电技术,2017(3):49-51.

[2] 齐林虎, 黄新元, 刘红英. 低低温省煤器联合暖风器系统在300MW机组的应用[J].华电技术,2018(10):22-24.