电厂MGGH早期失效原因分析及对策

严小华, 鲍 听

(浙江浙能技术研究院有限公司， 杭州 311121)

某电厂 2号燃煤机组于2015年底完成超低排放改造并投运。超低排放系统包含水媒管式GGH(简称MGGH)，其中烟气冷却器(共4台)布置于空气预热器之后、电除尘器之前的烟道上。投运仅8个月，烟气冷却器C的换热管就发生泄漏，至2017年1月，4台烟气冷却器均出现泄漏现象。由于该电厂担负着附近工业园区的集中供热任务，对机组可靠性要求很高。因此，分析MGGH泄漏原因并提出解决方案对提高供热的可靠性具有重要意义。

笔者通过对早期泄漏失效的MGGH换热管和运行工况进行仔细研究分析，并对烟气流场进行数值模拟，提出了改进措施以提高机组运行的可靠性。

1 MGGH泄漏点宏观检查

2号机组停机期间，将4个烟气冷却器全部拆解，对换热模块(共计128组)进行水压试验，结果发现共有32组模块存在泄漏点。根据水压试验结果，结合冷却器模块的隔离记录，查找出了最早发生泄漏的模块，对泄漏点进行检测分析。

模块编号AB3的泄漏点位于迎烟气面第1排(见图1)，靠近支撑隔板位置。泄漏点附近部分区域的翅片有减薄，翅片最小厚度为0.72 mm(公称厚度为2 mm)。切开管子观察发现，泄漏点区域的管内壁较为光滑，未发现由内向外的腐蚀痕迹。

图1 泄漏点外壁(模块编号AB3)

模块编号CA1的泄漏点位于迎烟气面第2排(见图2)，位于模块最底部。泄漏点附近翅片大面积减薄，翅片最小厚度为1 mm(公称厚度为2 mm)，翅片高度减少到9 mm(公称高度为14 mm)。切开管子观察发现，泄漏点区域的翅片以及管壁无明显腐蚀。

图2 泄漏点外壁(模块编号CA1)

2 泄漏管样理化检测分析

2.1 成分分析

分别选取了模块AB3(ND钢材质)、模块CA1(316L材质)的管样进行定量光谱检测，测试数据分别列于表1、表2。根据光谱检测结果，这两个管样的成分均符合标准要求。

表1 ND钢管样光谱(OES)分析结果 %

表2 316L管样光谱(OES)分析结果 %

2.2 金相分析

光谱分析结果显示，模块编号AB3的ND钢金相组织为珠光体，模块编号CA1的ND钢金相组织为奥氏体，所检测的管样的金相组织正常(见图3)。

图3 金相组织

2.3 硬度检测

管样硬度分析结果见表3。硬度检测结果显示，管样的硬度正常。

表3 管样硬度分析结果

3 烟气流场数值模拟分析

2号机组的冷却器受场地区域原有钢结构柱网的限制，其布置形式与新建机组不同：从平面上看，两侧冷却器的进口烟道倾角远大于其他工程；从立面上看，由于静电除尘器入口前的烟道上部无扩展空间(上部正对脱硝出口烟道)，因此烟气冷却器是顶平布置(见图4)[1-2]。另外冷却器进口烟道导流板布置形式也不同于其他工程。

采用CFD软件对烟气冷却器建模进行流场分析(见图5)，从烟气速度分布情况看，烟气冷却器入口处局部区域的烟气流速明显偏高。烟气冷却器A、B入口烟道处最高烟气流速达到20 m/s。

图5 烟气速度分布

从颗粒分布数值模拟情况看，由于导流板的存在，在导流板后方出现速度较小区域，而且在导流板与壁面可能存在涡流，这都会给积灰创造有利条件，导致入口处积灰加重(见图6)。另外在两端处换热管间的烟气速度与中间换热管间的烟气速度存在差异，可能导致涡流，加重高低温段之间的积灰[3-4]。

图6 飞灰颗粒分布

下式可反映受热面管磨损速率的影响因素[5]。

T=C·η·k·ω3·τ

(1)

式中：T为管壁面的磨损量，g/m2；C为比例常数，代表了灰分的磨损性能，煤种不同飞灰的物化性能不同,对管壁的磨损也会不同；η为灰粒质量撞击管壁的几率；k为烟气中灰粒质量浓度，g/m3；ω为烟气流速，m/s；τ为作用时间，s。

由式(1)可以看出：磨损量与烟气流速的三次方成正比，也就是说，在众多影响因素中，烟气流速对管壁磨损速率的影响最为显著。在换热器中，局部烟气流速的增大，将显著加剧换热管的磨损。

现场导流板磨损情况与数值模拟结果基本吻合。由于导流板倾斜角度过大，导致烟气进入烟气冷却器时局部位置流速加快，加剧了飞灰对高温段的迎风面翅片管的冲刷磨损，最终导致高温段部分迎风面换热管被磨穿(见图7)；烟尘在导流板局部区域集聚冲刷，加上导流板上的加强筋会使烟气流动时产生涡流，最终造成导流板磨损。

图7 现场A冷却器导流板磨损照片

制造厂在换热模块中间设置了两块隔板，起到固定换热管的作用。现场检查时发现，隔板附近的换热管普遍有减薄，这可能是由于隔板阻挡烟气形成涡流，导致磨损加剧。

4 运行工况分析

选取2号机组2016年发生管式烟气冷却器泄漏前2季度的运行数据进行分析(见表4)。

表4 烟气冷却器运行参数

由表4可见：

(1) 由于管式烟气入口无流量测点，因此选取省煤器出口烟气量进行计算，按空气预热器漏风系数为6%考虑，管式烟气入口烟气量未超过设计值。

(2) 2号机组稳定运行时，烟气冷却器进口温度基本在106 ℃以上，出口温度在89 ℃左右，符合设计值，未出现低于酸露点的情况[6]，符合设计要求。

(3) 吹灰用蒸汽压力未超过设计值，现场检查也未发现靠近吹灰器区域的换热管有明显的吹损痕迹。

5 结语

理化检测分析结果显示，所取泄漏管样的化学成分均符合标准要求，内壁未发现明显腐蚀，基本可排除内壁腐蚀导致泄漏的可能性。流场数值模拟分析结果显示，烟气冷却器入口段局部烟气流速较高。现场发现，烟气挡板局部磨损，换热管的泄漏点也大多位于迎烟气面，泄漏点附近存在不同程度的磨损减薄情况。

综合上述分析，2号机组烟气冷却器发生早期泄漏失效的直接原因为飞灰磨损，这是由于导流板设计和模块支撑隔板设计上存在缺陷所造成。为了解决磨损问题，提高机组运行的可靠性，建议采取以下应对措施:

(1) 改进导流板设计，解决导流板局部磨穿和局部烟气流速过高的问题。

(2) 改进模块支撑隔板设计，解决隔板周围区域翅片管磨损的问题。

(3) 增设防磨措施，如在高温段模块前增设假管或防磨装置，降低烟气对换热管的磨损。