MGGH泄漏原因分析及對策

朱雪平

(上海華電電力發展有限公司望亭發電廠，江蘇 蘇州 215155)

0 引言

在火電廠超低排放環保改造中，因SO2排放質量濃度不大于35 mg/m3的限制，脫硫系統必須取消煙氣換熱器(GGH)，取消GGH后面臨煙囪防腐和冒“白煙”的問題。為了解決煙囪腐蝕和冒“白煙”的問題，大多數電廠會考慮增設低低溫煙氣換熱器(MGGH)。MGGH可通過其降溫器降低除塵器入口煙溫、減少入口煙氣量，通過降低煙塵的比電阻來提高粉塵的驅進速度，從而提高除塵器除塵效率；同時，可通過其升溫器將煙囪入口煙氣溫度提高到安全溫度(80 ℃)，有效防止煙囪低溫腐蝕。

由于超低排放改造的緊迫性，致使不少電廠還沒來得及慎重思考，也沒進行充分的調研就進行改造，造成改造后不久(有的甚至投運不到半年)就開始出現MGGH磨損腐蝕嚴重、泄漏、堵塞等問題，影響MGGH的換熱效果和除塵器輸灰系統的正常運行。更有甚者，出現煙塵排放超標，被環保考核，給企業帶來重大損失。

本文從設計、制造、安裝等方面對MGGH泄漏的原因進行分析，并制定對策，以解決低低溫設備運行中的一些實際問題。

1 MGGH泄漏的原因

MGGH系統典型工藝布置如圖1所示。

圖1 MGGH系統典型工藝布置

1.1 換熱器管材選擇不當

MGGH材質選擇不當是引起換熱器泄漏的主要原因之一。

1.1.1 MGGH降溫段材質選擇

根據低溫腐蝕機制，影響換熱管低溫腐蝕的不是煙氣溫度而是管壁壁溫，當管壁壁溫接近或者低于酸露點溫度時，在受熱面上會發生低溫腐蝕，只有管壁壁溫高于酸露點溫度10 ℃以上，才能避免發生受熱面低溫腐蝕。在實際生產中，往往由于換熱的需要，需將煙氣溫度降低到露點溫度以下，但有實踐證明，在壁溫低于酸露點的情況下也能做到有限的低溫腐蝕。當換熱管壁溫在水蒸氣露點溫度25～105 ℃范圍內時，20 G的腐蝕速率不大于0.2 mm/a，而ND鋼的腐蝕速率在0.1 mm/a以下，這樣的腐蝕速率在工程應用上是可以接受的[1]。

20 G和ND鋼是目前應用較多的換熱管材質。20 G廣泛用來制造介質溫度<430 ℃的換熱器、過熱器、水冷壁、給水、主蒸汽管等，但其抗低溫腐蝕性能差。ND鋼是一種新型的耐硫酸露點腐蝕用鋼，其主要特點是在中溫度、中濃度的硫酸中會由于腐蝕而發生鈍化，在鋼的表面形成一層富Cu，Cr，Sb等元素的薄膜，從而具有高的耐硫酸腐蝕能力，廣泛用于制造在高含硫煙氣中服役的換熱器、空氣預熱器、熱交換器和蒸發器等裝置設備，用于抵御含硫煙氣結露腐蝕[1]。

1.1.2 MGGH升溫段材質選擇

日本傾向于使用鐵素體不銹鋼，該鋼種由于不含鎳，其對氯化物的應力腐蝕斷裂具有天生的免疫力，耐氯化物應力腐蝕性能優于其他種類的不銹鋼，推薦低溫段材質選擇SUS444[1]。

國內某集團傾向于使用高品質的奧氏體不銹鋼及雙相不銹鋼。高品質的奧氏體不銹鋼是一種含碳量很低的高合金化不銹鋼，由于較高的鉻、鎳、鋁和銅含量，尤其在稀硫酸中具有優良的抗腐蝕性能。雙相不銹鋼是一種鐵素體相和奧氏體相共存的不銹鋼，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性；與奧氏體相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕能力有明顯提高，推薦低溫段材質選擇2205，S31254等[1]。

在升溫段布置濕式電除塵器后，經過前段低低溫電除塵器、濕法脫硫系統及濕式電除塵器的脫除作用，煙氣中大部分的SO2及SO3都被去除，受熱面的SO3低溫結露腐蝕減弱，但脫硫后的煙氣一般還含有氟化氫和氯化物等強腐蝕性物質，是一種腐蝕強度高、滲透性強且較難防范的低溫、高濕、稀酸型腐蝕狀況，對于防止C1-，F-的腐蝕就顯得尤為重要[1]。

因此，應根據實際煙氣環境情況選擇合理材質：一般煙氣再熱低溫段材質選擇不低于SUS444(約占總換熱面積的35%)，中溫段和高溫段材質選擇不低于ND鋼(約占總換熱面積的65%)[1]。

1.2 磨損

磨損主要是由于飛灰顆粒的機械作用，即由于飛灰顆粒的沖擊作用和切削作用而引起的。影響飛灰對管子磨損的因素主要有煙氣流速、飛灰濃度、灰的物理化學性質、受熱面的布置與結構特性和運行工況等。

1.2.1 煙氣流速

受熱面金屬表面的磨損正比于飛灰顆粒的動能和撞擊次數。飛灰顆粒的動能和速度的平方成正比，而撞擊次數同速度成正比，管子金屬面的磨損同煙氣速度的三次方成正比。

在選型設計時，需對煙道內部的煙氣動力場進行數值計算和優化處理，防止煙氣偏流的發生；避免出現煙氣走廊、煙氣偏流、局部漩渦；針對不同的工況、使用條件選擇合適的煙氣流速進行設計，以保證煙氣進、出口端和受熱面煙氣流場均勻。其中，MGGH進口煙氣導流板的設計尤為重要，導流板的設計應在考慮煙氣均流的同時，控制好其伸入低低溫入口的位置，避免導流板伸入位置控制不當造成氣流直接沖刷換熱器管壁的情況發生。

1.2.2 飛灰物理特性

在磨損中起主要作用的是飛灰中那些大的顆粒；其次，具有足夠硬度和銳利棱角的顆粒要比球形顆粒磨損更嚴重些。灰粒磨損性能主要取決于灰中SiO2的質量分數，當其質量分數超過60%時，磨損顯著加重。

(1)換熱管的布置與結構。H型翅片管換熱器采用順列布置，翅片把空間分成若干小的區域，對氣流有均流作用，可大大減小磨損，提高使用壽命。

(2)影響磨損的其他因素。除上述因素外，燃料灰分、爐型、燃燒方式、煙道形狀、局部飛灰濃度、管徑等對磨損均有影響。

鍋爐運行時，隨著鍋爐負荷的增加，煙氣流速相應增加，飛灰磨損加快。對于負壓燃燒的鍋爐，煙道漏風量增大時，流速因煙氣容積增大相應增高，磨損也將加快。鍋爐燃燒時，因燃燒不良而使飛灰含碳量升高時，由于焦炭顆粒的硬度比飛灰的硬度高，磨損亦會增大。此外，當MGGH受熱面發生局部煙道堵塞時，未堵塞側煙速提高，造成單側局部磨損；而當MGGH前省煤器灰斗、選擇性催化還原法脫硝(SCR)灰斗輸灰不暢時，會增加進入MGGH煙氣的含灰濃度和粗灰顆粒含量，造成MGGH降溫器磨損加劇。

1.2.3 安裝問題引起的換熱器管道磨損

因MGGH模塊安裝不到位，造成運行中換熱器管束與隔倉板摩擦，導致換熱器管束磨損。

1.3 腐蝕

1.3.1 換熱器出口煙溫與入口水溫選擇不合理

當煙溫或受熱面壁溫降低到酸露點以下時，鍋爐煙氣中的SO3開始凝結生成硫酸，硫酸引起腐蝕，其腐蝕速率取決于酸冷凝沉積率，最大腐蝕速率發生在酸露點溫度以下15～30 ℃和水露點溫度以下。換熱器出口煙溫選擇過低，換熱器壁溫會落到腐蝕速率高的區域，會加重酸的凝露與沉積，加快腐蝕速度。通常認為，出口煙溫低于酸露點15 ℃時換熱器壁溫位于酸沉積率最低點，換熱器工作在低腐蝕速率區域內，到達換熱器表面的酸量會大幅減少。 而在工程設計中，設計值往往與最佳溫度區域有一定差值，因此造成換熱器腐蝕。

1.3.2 升溫段換熱面積裕量太小

由于MGGH升溫段換熱面積裕量太小，造成MGGH升溫段出口溫度達不到預定值，引起MGGH升溫段出現低溫腐蝕。

1.3.3 將降溫段不同煙道按統一參數設計

MGGH降溫段布置在除塵器入口時，不同煙道內均需裝有換熱器，而每個煙道內煙氣流量和煙溫往往是不一樣的，設計時如將不同煙道按照統一參數設計成同規格的換熱器，則會造成MGGH升溫段出口煙溫達不到預定值，引起MGGH升溫段出現低溫腐蝕。

1.3.4 升溫器殼體泄漏引起升溫器溫度下降

由于MGGH的升溫器受熱面煙氣外漏或者空氣內漏引起MGGH升溫器溫度下降，引起升溫器發生低溫腐蝕。

另外，除鹽水水質如果存在問題，則會引起MGGH管件內部化學腐蝕。

1.4 積灰

1.4.1 機組低負荷運行時飛灰沉積

當機組運行負荷低時，煙氣中飛灰容易沉積在鰭片管間隙內形成積灰，積灰會降低低低溫煙氣換熱器的換熱效果，同時使煙氣流速不均，加快換熱器的局部磨損。

1.4.2 管子磨損泄漏引起積灰

當MGGH出現管子磨穿漏水時，換熱器表面很快就積灰，造成局部堵塞，在增加系統煙氣阻力的同時，會使煙氣氣流不均，造成換熱器其他部位的管子磨損加快。

2 防止MGGH泄漏的對策

2.1 選擇合適的換熱器管型、管材和管壁厚度

MGGH的管束選用H型或雙H型翅片管；降溫段的高溫段選用20 G、低溫段選用ND鋼；升溫段的高、中溫段材質選擇不低于ND鋼，低溫段材質不低于SUS444；管壁厚度選擇在4～5 mm之間。

2.2 選擇合理的煙氣流速

煙氣流速正常控制在9.5～10.0 m/s。

2.3 優化設備的設計結構和布置方式

合理設計換熱器結構，在保證流場均勻的前提下，使煙氣流對換熱面保持適度的沖刷，可實現一定的自清潔；采用劃小區域多點布置方式，設置吹灰器；停機時徹底清理。

2.4 優化鍋爐燃燒，選擇合適煤種，加強設備檢修和維護

優化鍋爐燃燒，選擇合適煤種。

加強煙風道系統的檢修和維護，避免因煙道漏風過大、流速增高而加劇MGGH管束的磨損。

加強對省煤器倉泵和SCR倉泵的檢修和維護，保證省煤器倉泵和SCR倉泵輸灰正常，減少粗顆粒灰粒進入MGGH而加劇換熱器管束的磨損。

2.5 優化換熱器換熱管排的制造工藝，控制好換熱器安裝質量

把換熱管排兩端的彎頭設置在煙道外側，內側換熱管束設為定長并整根制作，保證中間無對接焊縫，這樣可以減少因制作問題而帶來的管束泄漏隱患。

嚴格按照MGGH安裝工藝進行安裝和驗收，避免因安裝質量問題而導致換熱器磨損泄漏。

2.6 對酸露點的計算盡可能準確，合理選擇MGGH出口煙溫

對酸露點的計算盡可能準確；MGGH的降溫段出口煙溫盡可能控制在90～95 ℃，最高不超過100 ℃，升溫段出口煙溫控制在80 ℃以上。

2.7 設計時換熱器留有足夠的換熱裕量

設計時出口煙溫保證值按照出口煙溫設定值上下浮動8～10 ℃來界定。換熱器留有足夠的換熱裕量，保證在運行工況改變時換熱器出口煙溫仍能達到設定值。

2.8 按實測數據確定各煙道換熱器大小

根據各煙道實測煙氣流量和煙溫來確定降溫段各煙道換熱器的大小，避免個別煙道換熱器出口煙溫達不到設計值。

2.9 防止因漏風引起的低溫腐蝕

設計、安裝時將集箱處的穿墻管、彎頭穿出煙道等部位均采用密封滿焊方式，并在彎頭外側位置設計有密封盒子，充分保證煙道的密封性，避免煙道漏風造成低溫腐蝕。

2.10 加強MGGH的運行調整

低負荷運行時加強對MGGH的吹掃，防止過多灰塵沉積于換熱器上。

2.11 加強低低溫設備的檢查和維護

加強低低溫設備的檢查和維護，發現問題及時處理；運行中如若出現換熱器泄漏，及時隔斷相關管組(或模塊)。

2.12 煙氣換熱器最前端防磨

煙氣換熱器最前端加裝兩排假管，并做防磨處理；或在第1排換熱管入口加裝防磨罩，以減輕前端換熱管排的磨損。

2.13 低溫天氣設備停運后及時排放積水

在寒冷天氣，設備停運后及時開啟低低溫各管組的集箱和母集箱、供水管道的排污閥進行排水，以防因積水而造成換熱管凍壞。

2.14 其他措施

換熱器分組設計，當出現泄漏時可實現在線隔離，不影響其他小區正常換熱；設置受熱面泄漏監控報警裝置。在MGGH升溫段和降溫段的每個分模塊小區底部設置獨立的匯水導槽，并設置疏水管，以便換熱器泄漏時積水能及時排出。安裝高溫煙氣濕度儀，當有換熱管泄漏時，高溫煙氣濕度儀的檢測觸點發出短路報警信號，以便能及時發現設備泄漏。

需要特別提醒的是：MGGH設計時必須先做煙氣流場數字模擬試驗，必要時加做煙氣流場物理模擬試驗，優化煙氣流場，確保煙氣流場均勻。有的單位因未進行煙氣流場試驗而導致MGGH安裝后短時間內出現泄漏，善后處理非常麻煩。另外，MGGH系統各模塊進口門、出口門、旁路門等閥門的檢修必須重視，如若MGGH模塊發生泄漏而發電機組又無法及時停運時，需要通過隔絕相關模塊來隔斷水源，而此時如果閥門隔不斷，則漏在低低溫內的水會流入后續設備(除塵器煙道及灰斗)內，引起除塵器短路和干除灰系統癱瘓，最終導致機組煙塵排放超標。

3 結束語

在目前新的環保形勢下，火電廠進行超低排放改造勢在必行，但如何避免改造后出現MGGH的泄漏問題是每個業主在改造前應該考慮的問題，也是已經改造完的業主必須解決的問題，希望本文能給相關業主提供借鑒，以避免或減少MGGH泄漏。