摘要：在活力发电厂中，大型汽包炉汽包壁温差会直接影响到设备的使用效率。针对该问题，本文对自然循环锅炉汽包壁温差产生的原因以及温差引起的热应力的产生过程和热应力对汽包寿命的影响进行了分析，提出了合理的控制及预防措施，避免了因汽包壁温差引起的热应力对汽包的损害，对延长汽包寿命有十分积极的作用和意义。
关键词：自然循环锅炉；汽包；热应力；壁温差
1前言
锅炉烟气余热回用技术的现状分析深挖现有设备的节能潜力，是企业降低生产成本成、提升市场竞争力的有效途径之一。通常燃煤锅炉设计的平均排烟温度约为140～150℃，从锅炉的热平衡角度来分析，排烟热损失是锅炉运行中最大的热损失，约占到总热损失的60%～70%，将这些热量损失进行回收再利用的潜力巨大。目前企业通过一系列技术措施，增加配套的烟气换热设备，在保障锅炉安全运行、避免受热面结露积灰的前提下，降低排烟温度，减少排烟热损失，从而达到节能降耗的目的。由于入炉煤含硫量、灰分等受制于煤炭市场，为了保证烟气余热回收利用，确保锅炉尾部受热面不产生低温腐蚀、不堵灰和低磨损。因此，需要从设计、制造、安装、调试、运行监控上作严格分析和不断改进。
2传统烟气余热回用技术
2.1烟气余热回用技术应用案例
某热电厂配有4台400t/h循环流化床锅炉，锅炉原设计的平均排烟温度为140℃，烟气余热有较大的利用空间。2009年该热电厂对4台锅炉逐一增设烟气余热换热设备，将排烟温度降至110℃以下，从而减少锅炉的排烟热损失，提高电厂的热效率，初步达到了节能环保的目的。由于该电厂锅炉炉型设计十分紧凑，烟道空余位置有限，根据设计方的建议，在烟道内空气预热器的下方、省煤器灰斗的上方狭小空间内增设钢结构支撑梁，加装换热设备进行烟气热量回收的改造。
2.2气泡壁温差存在的主要原因
（1）吸热段低温结露腐蚀
该电厂锅炉的烟气余热回用设备吸热段为碳钢外鳍片管式换热器，该换热器直接与烟气接触，因此，其壁面温度必须充分考虑在实际运行时燃料的烟气酸露点情况，保证在受热面安全不结露的前提下回收效益最大。
（2）吹灰效果不佳
该电厂锅炉停修时，发现烟气余热回用设备吸热段表面积灰严重，尤其是鳍片之间的积灰，为其配套的声波吹灰器难以达到良好的吹灰效果。该处的积灰降低了管式换热器的换热效果，影响整套设备的节能效果。由于受设备空间的限制，该处无法安装吹灰效果最佳的蒸汽吹灰器，所以只能在每次停炉检查时，人工使用压缩空气吹扫清除换热管鳍片间的积灰，既耗时又耗力。受热面的低温腐蚀与低温积灰往往相互影响而形成恶性循环。由于积灰后受热面壁温降低，有助于硫酸蒸汽的凝结，而且在350℃以下被黏结的低温积灰能吸附三氧化硫，造成腐蚀加剧，同时又继续黏结飞灰。
（3）设备漏水故障难以准确判断
该电厂锅炉的烟气余热回用设备吸热段换热管安装在烟道内，位于空气预热器的下方、省煤器灰斗的上方空间内。当省煤器灰斗下方发现异常漏水时，很难在故障初期判断是烟气余热回用设备漏水还是锅炉省煤器轻微爆管。如果是烟气余热回用设备漏水，只需要停用隔离该设备，等待停炉时进行检修，不会影响锅炉正常的出力；如果是锅炉省煤器轻微爆管，就需要立刻安排停炉检修，否则爆管异常扩大将危及锅炉运行安全。该电厂曾数次在省煤器灰斗下方发现漏水异常，但难以在第一时间内判断故障原因，造成了一定的生产损失。
（4）烟气余热回用设备堵灰
一旦烟气余热回用吸热段换热管破损或是锅炉内部受热面爆管，大量水汽与设备表面积灰混合，积灰受潮后板结在换热器表面并不断堆积扩大，最终会导致烟气余热回用设备堵塞，锅炉烟道通流截面积变小，烟气阻力增大，锅炉无法维持出力，被迫停炉。该电厂3#锅炉曾发生过1次严重的烟气余热回用设备堵灰事故，大量积灰在烟道内板结，停炉后使用高压水刀清理了10d才恢复锅炉正常运行。
（5）换热管磨损严重
由于该烟气余热回用设备吸热段安装在烟道内的除尘器之前，含有高浓度粉尘的烟气会对换热管形成冲刷磨损。设备的换热管在运行几年后，许多换热管的管壁厚度已低于安全值，换热管泄漏频繁发生，难以维持长期正常运行。
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（6）检修施工难度大
锅炉烟道内空气预热器的下方、省煤器灰斗的上方空间狭小，周围钢结构支撑梁和其他设备布置密集，不利于锅炉停炉时进行换热管壁厚的常规检查工作，换管的检修工作难以迅速完成。
（7）烟气余热回用设备强制循环水泵能耗高
烟气余热回用设备配有2台强制循环水泵，一用一备，水泵将烟道内吸热段管式换热器中的热水供给外部换热设备，作为加热除盐水或其他工艺水。强制循环水泵其能耗损失和故障隐患会降低烟气余热回用系统的效率。
3解决措施
（1）耐低温露点腐蚀
该烟气余热换热器材质选用ND钢（耐硫酸低温露点腐蚀用钢），其成分为09CrCuSb。ND钢具有优越的耐硫酸露点腐蚀性能及高性价比，其耐硫酸露点腐蚀完全可以替代不锈钢，其性能是超越不锈钢的上佳材料，是目前国内外最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”用钢材。ND钢的主要的考核指标为：70℃50%H2SO4溶液中浸泡24h，钢的腐蚀速率小于14mg/cm•h。与其他钢材耐腐蚀能力相比较，是日本CR1R钢的1.84倍，是1Cr18Ni9钢的2.97倍，是Corten钢（耐候抗腐蚀钢）的8.63倍，是Q235B钢的14.11倍。ND钢应用于制造在高含硫烟气中服役的省煤器、空气预热器、热交换器和蒸发器等装置设备。
（2）避免设备堵灰和减少换热管磨损
新的烟气余热回用装置吸热段安装在引风机出口至脱硫塔进口之间的净烟道内，由于烟气已经过除尘器处理，烟气中粉尘含量低于20mg/Nm3。在烟气粉尘浓度很低的情况下，换热管不会发生严重积灰，更不会出现烟道堵灰的现象。也正是因为净烟道内粉尘浓度低，没有高浓度粉尘冲刷，从根本上解决了换热管表面磨损的问题。
（3）闭式循环水采用自然循环
烟气余热回用系统吸热段换热管中的闭式循环水运行方式改为自然循环后，系统省去了2台强制循环水泵，不但减少了设备用电能耗，还去除了全系统中唯一的转动机械设备，使优化后的系统更节能、维护工作量更小。
（4）设备故障易于诊断及维修检查方便快捷
电厂引风机出口至脱硫塔进口之间的净烟道区域空间开阔，无其他重要运行设备干扰，便于维修检查工作开展。当烟气余热回用系统发生漏水等故障时，能够及时发现，能够迅速确认故障点并隔离系统，不会对锅炉运行出力造成影响。
（5）烟气余热回用装置
回收的余热除了用于加热锅炉除盐水之外，还可用于加热自来水，自然循环烟气余热回用系统加热自来水系统图见图4。在“放热段”管线上并联一台小型自然循环换热汽包，每天根据市场需求情况，利用烟气余热回用装置对自来水进行加热，加热后的自来水温度达到90℃以上。该套设备不但可以满足企业自身的热水需求，还可建立区域热水集中制备供应点，通过槽车运输销售热水，以获得经济效益。
将传统的烟气余热回用设备优化改造为新型净烟道自然循环烟气余热回用设备后，依然可以回收利用部分排烟热量，提高锅炉给水温度，从而达到节能减排降低煤耗的目的。更重要的是，在技术的更新突破下，成功改善了原有的技术缺陷，大大降低了设备故障率，不仅减少了系统运行的能源消耗，而且还可制售热水销售。因此，净烟道自然循环烟气余热回用技术，具备了长期高效经济运行的技术基础，在余热回收领域发展前景广阔，对企业节能减排、绿色发展能够起到积极的作用。
4结束语
电力体制的改革，需要各电厂重新建立各自的生产管理体系，尽快适应外部环境的变化完善各种制度，标准和规程体系。提高设备的健康水平，为企业发挥更大的经济效益。同时还应关注引起汽包热应力新的表现形式。在实际操作中，只要加强调整，精心维护，努力学习，善于总结经验，就一定能将汽包壁温差控制在规定范围内，从而延长汽包的使用寿命。
参考文献
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论文作者:姜仲明
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：烟气论文; 余热论文; 汽包论文; 锅炉论文; 设备论文; 省煤器论文; 烟道论文; 《电力设备》2017年第14期论文;