锅炉低压省煤器损坏原因分析及改进措施

张润泽 ,范 杰 ,陈 通

(1:邯钢设备动力部2:邯钢邯宝公司能源中心，河北邯郸 056002）

前言

低压省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量加热给水以降低排烟温度的锅炉部件，布置在对流管束后部的烟道中。锅炉给水经过省煤器水温升高，排烟温度降低，减少了热损失，节省了燃料，提高了锅炉效率。在电厂中,锅炉排烟温度高所造成的热损失是锅炉各项热损失中最大的一项,占70%～80%[1]，邯钢邯宝公司能源中心1#260 t/h 煤气锅炉的低压省煤器处于锅炉烟道尾部，目前腐蚀泄漏损坏严重，已无法使用，造成锅炉排烟温度最高达190 ℃，锅炉发电效率低，发电蒸汽单耗高达4.8 kg/kWh，造成能源浪费的同时也影响公司发电效益，亟需对其进行升级改造。

1 基本工艺流程

邯钢邯宝能源中心1#煤气锅炉产汽量在260 t/h 左右，其中锅炉燃烧系统烟气在700 ℃左右，经过上省煤器、下省煤器、空气预热器、低压省煤器后温度降至120 ℃左右排放。汽机凝水60 ℃左右，通过3 台低压加热器抽取汽轮机蒸汽预热，一号低加由60 ℃加热到62 ℃，二号低加由62 ℃加热到69 ℃，三号低加由69 ℃加热到110 ℃之后送入除氧器，水量约200 t/h；系统补水通过低压省煤器与汽机凝水混合后直接进入除氧器。烟气余热回收技术即将锅炉系统补水通过布置在烟道中的低压省煤器吸收锅炉外排烟气热量，提高入除氧器水温，降低除氧用蒸汽消耗。锅炉系统补水经过低压省煤器与原汽机凝水混合后水温由65～80℃上升至90～100℃，锅炉排烟温度由190℃降低至120℃，大大减少了低压加热器和除氧器蒸汽消耗量，降低了发电机组蒸汽单耗，提高了发电锅炉经济效益。原工艺流程如图1所示。

图1 原工艺流程图

2 低压省煤器损坏原因分析

2.1 低压省煤器腐蚀现象

锅炉低压省煤器的腐蚀主要包括管内腐蚀和管外腐蚀[2]。管内腐蚀属于氧腐蚀，是指锅炉给水虽然经过除氧器进行处理，但仍然还有少量残存的氧，而氧的化学性质很活泼，极易与低压省煤器中碳钢管道内壁进行反应，产生氧化铁皮，这种腐蚀现象称为管道氧腐蚀。管外腐蚀主要是由于锅炉外排烟气中含有硫物质，由于排烟温度在130 ℃左右，这样极易造成烟气中的硫物质与氧气发生化学反应产生二氧化硫，在通过锅炉低压省煤器时，由于低压省煤器内部含有热媒水，管道外排壁温度往往在50 ℃左右，易造成管道外壁附着水蒸气冷却析出的含硫酸性凝结水，长期运行导致低压省煤器的酸腐蚀。

经现场观察，发现锅炉低压省煤器腐蚀也是由上述两方面原因造成。一是由于低压省煤器外部被含酸杂质附着堵塞腐蚀，经观察低压省煤器附着物多少与热媒水温有明显关系，水温较低时，烟气中酸性物质析出结露，黏附烟气中灰尘，附着在换热器表面并结块，久而久之造成流道堵塞，且附着物为酸性物质，长时间附着导致低压省煤器腐蚀损坏，如图2所示。二是由于除氧器除氧效率不高，导致换热水含氧量超标，换热水中的氧与低压省煤器中的铁元素反应产生Fe2O3和Fe3O4，致使低压省煤器管内部腐蚀。

图2 低压省煤器腐蚀情况

2.2 低压省煤器焊口撕裂分析

经现场观察，发现低压省煤器换热板中水流入进口附近换热板即低水温区域换热板板对、泡点均未腐蚀、泄漏。换热器出口区域即高水温区域换热板（水侧约110 ℃的区域），无堵塞，无腐蚀麻坑，但出现泡点泄漏。根据泄漏泡点位置主要位于热媒水行程的末端，经分析确定泄漏与在线启停操作热媒水存在直接关系。在锅炉运行期间，排烟温度可达最高烟温190 ℃，热媒水由80 ℃急剧升高至110 ℃，温度超过常压状态下的汽化点。当在线启停系统时，注水或排污过程中，造成水侧无压力或压力低，热媒水在换热器内快速汽化，体积快速膨胀，冲击板对，板对的焊接点为板对较为薄弱位置，如此反复，造成板对焊点被撕裂，造成板对泄漏。

3 改进措施

3.1 低压省煤器材质升级改换，减少设备腐蚀

针对邯钢邯宝能源中心1#煤气锅炉低压省煤器的腐蚀主要由于管内氧腐蚀和管外硫酸腐蚀造成，在对低压省煤器改造时着重对材质进行了升级，采用2205 双相不锈钢替代原20G 低碳材质。2205 双相不锈钢兼有两相组织特征,既具有铁素体不锈钢导热系数大,耐点蚀、缝隙腐蚀及氯化物应力腐蚀的特点,又具有奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀、力学性能和焊接性能好的特点。2205 型双相不锈钢导热系数比316L 高约30%,屈服强度高1 倍以上,适宜于制造换热设备。双相不锈钢中加入适量的氮不仅改善了钢的耐点蚀和耐应力腐蚀性能,而且不会由于焊接热影响区晶粒严重粗化而使塑、韧性大幅降低,对焊接热裂纹也不敏感,因而焊接热影响区的耐蚀和力学性能有所提高[3]。

3.2 提高热媒水水温，减少泡点撕裂

针对低压省煤器焊口撕裂问题，设计一种补水方案以提高进入低压省煤器的烟气过热器热媒水水温，将汽轮机1#低压加热器出口凝结水做为进入低压省煤器的补水，介质由原来的20 ℃提高到70 ℃，回水进入3#低压加热器，然后再进入除氧器，在实现电厂正常水循环同时也提高了热媒水温度，减少介质汽化时间，当在线启停系统时，注水或排污过程中，减少热媒水汽化膨胀对低压省煤器焊口的冲击，解决了低压省煤器烟气过热器管道撕裂泄漏的问题。改进后工艺流程图如图3所示。

图3 改进后工艺流程图

4 运行效果及经济效益分析

通过对邯钢邯宝能源中心1#煤气锅炉低压省煤器腐蚀损坏原因分析研究，着重从低压省煤器材质由碳钢材质升级为2205 双相不锈钢材质及提高热媒水水温两方面提高低压省煤器运行寿命。改进完成后该锅炉低压省煤器已正常运行一年时间，在检修时对低压省煤器检查未发现管道有腐蚀情况，如图4所示。

图4 改造后低压省煤器运行情况检查图

在提高设备寿命的同时蒸汽消耗量与原低压省煤器相比降低约10%，排烟温度由最高190 ℃降低至128 ℃，凝结水由65～80 ℃加热至90～100 ℃，发电蒸汽单耗由4.8 kg/kWh 降至4.5 kg/kWh。邯宝自备电厂1#发电机组2019 年发电约13922 万kWh，年 创 效=（13922 ×4.8 ÷ 4.5-13922）×0.55≈510万元。

本次改造延长了设备寿命，降低了发电蒸汽单耗，取得了较好的节能效益。