鍋爐省煤器管道泄漏原因分析與對策

甄 金，李福松，蒲 昕

(萊蕪鋼鐵股份有限公司能源動力廠，山東 萊蕪 271104)

一、省煤器結構

萊蕪鋼鐵股份有限公司能源動力廠配置的4＃鍋爐型號為HG-75/3.82-450-MQ02，為中溫中壓自然循環汽包爐，為單爐膛“∏”型布置，水平煙道布置兩級過熱器，下行煙道布置兩級省煤器與兩級空氣預熱器，整個系統運行時處于負壓狀態。省煤器由φ32mm×3mm的20＃碳鋼制成八回程橫向蛇形排管，上級27排，下級37排，其縱向二級布置可充分利用煙道豎井內對流煙氣余熱加熱鍋爐給水，可使給水溫度達到255℃，同時降低了排煙溫度，提高了鍋爐熱效率，見圖1。

二、省煤器泄漏情況及原因分析

2004年，4#鍋爐在運行生產中發生了七次泄漏。具體表現為五次橫向裂紋，兩次制造及安裝焊接缺陷。從更換下來的泄漏管分析，裂紋均發生在應力集中部位，受熱疲勞和腐蝕共同作用，進而形成裂縫，經金相分析，泄漏爐管的向風側顯微組織已輕度球化（2～3級）。省煤器腐蝕和磨損機理與下列因素有關。

圖1 尾部煙道豎井圖

（1）煙道內煙氣溫度的分布不均導致省煤器管道的熱疲勞。受引風機的牽引作用及煙氣流動的慣性，造成爐膛出口及豎直煙道存在較大的旋轉氣流，旋轉氣流經疊加后導致后墻側比前墻側大，使省煤器所在的煙道中煙速分布不均，造成煙道豎井內溫度分布的偏差，左右側煙溫偏差為40～80℃。

（2）燃氣的含硫量對省煤器管道的侵蝕。由于高爐、焦爐煤氣中存在S、Cl等有害雜質，燃燒過程中產生SO2、SO3、H2S、HCl等酸性氣體，是多種化學物質在高溫下共同對管壁進行的復雜的動態腐蝕過程，含硫物在高溫下產生單原子硫，硫與管子的鐵發生反應，生成硫化鐵，從而對管壁金屬產生腐蝕。

（3）煙氣與灰粉顆粒的沖蝕。省煤器連管間的煙氣通過煙道引出，存在渦流，渦流區對連管間的靜壓分布和支管入口阻力系數都產生影響，導致煙氣在省煤器管道束間流速不均。煙氣的腐蝕和灰粉顆粒的沖刷在金屬表面交替進行，由于管子金屬磨損量與煙氣流速的三次方成正比，造成煙速大的地方管壁磨損減薄嚴重。鍋爐運行中的燃燒風量過大會造成煙氣量加大，煙氣流速增大而使磨損速度增加。計算表明，過量空氣系數由1.2增加到1.3時，省煤器磨損量增加約25%。

（4）省煤器管材質量差，部分管束存在表面制造缺陷。

（5）安裝省煤器管路時工藝不符合要求，致使內應力增大；接口焊接時出現夾渣、氣泡、氧化等現象未及時發現返工即投入使用。

三、預防省煤器泄漏的對策

針對省煤器管道泄漏原因，結合2005年的4＃爐大修，相應制定了預防泄漏對策，并在大修后的生產中加強了運行監控及維護管理。主要采取以下措施。

（1）采用變頻引風機。根據鍋爐負荷調節風機轉速，控制風機出力，進行燃燒調整及負荷調整，控制升降負荷的速度。應用反切技術，加裝導流板，使噴射的二次風順時針旋轉的爐內火焰產生反向的制動作用，從而使爐膛出口的氣流旋轉強度減弱，減小兩側的煙速差，減少煙道中溫度分布不均。

（2）加強高、焦爐煤氣的凈化力度。對高爐煤氣采用二次凈化，以提高燃用煤氣品質，減少燃燒生成的硫酸鹽混入灰粉溶附于管壁表面，導致對管壁金屬產生腐蝕。

（3）采用低氧燃燒技術。適當減少過量空氣系數到1.05～1.1，通過采取合理的配風及強化爐內的湍流混合，對其受熱面的合理布置，可以減少煙氣渦流造成的管束間的熱偏差，以避開高煙溫區和高壁溫區同時出現和對易腐蝕區加勻熱襯板防護。同時加強停爐期間受熱面人工清灰，減少積灰，可整體提高換熱效率。

（4）針對省煤器的磨損及部分管束存在表面制造缺陷的問題，對省煤器易于磨損的迎風面管束、靠近爐膛的彎頭部分、靠近后墻的管束實施了表面金屬合金噴涂，改善表面質量。同時對易于磨損的彎頭加裝了防磨套，從而有效提高省煤器的耐磨性能。采用低氧燃燒技術，減少煙氣流量從而降低煙氣流速，減少省煤器管道的磨損。

（5）通過大修把失效或接近失效的管子更換，在更換前對新管材進行探傷、機械性能試驗及金相分析，全面細致檢查管材外壁應無劃痕、裂紋及凹陷，保證管材質量。焊接中避免強行接口，采用專用工具卡好對接，點焊3～4點，再去掉卡子進行焊接，以減少附加應力。

四、結束語

目前能源動力廠鍋爐大都是采用四角切圓燃燒方式，燃燒穩定，但存在因設計結構原因而產生的煙溫、煙速偏差，省煤器、過熱器爆管故障頻繁，經認真分析原因及技術改造，采取檢修換管和加強運行監控，目前省煤器運行狀況已得到較大改善，具體數據見表1。

表1

由表1數據可見，近1年來省煤器的運行條件有了很大改善，其磨損腐蝕有了較大減弱，通過對導致省煤器管道泄漏的各種因素的分析與對策的實施，基本杜絕了由于省煤器泄漏而導致的鍋爐停爐現象，確保了鍋爐安全運行，延長了設備使用期限，降低了檢修費用，為節能降耗、穩產增效作出了貢獻，保證了持續穩定的熱動能源供應。