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摘 要 主要介绍170t/h锅炉煤气预热器在使用过程中存在的问题，提出了解决措施，确保了设备的高效稳定运行。
关键词 煤气预热器；腐蚀；泄漏
中图分类号：TF066 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）03-0158-01
莱钢能源动力厂CCPP系统为纯发电模式，系统较为独立，要求运行连续性、安全性较高。锅炉为170t/h高温高压纯燃煤气炉，装置有一套高炉煤气预热器，用以提升高炉煤气入炉温度，强化燃烧效果，提高锅炉热效率。锅炉正常运行时，高炉煤气和尾部烟气通过热管中的介质进行热量交换，使低温的高炉煤气20℃，提升到100℃，尾部烟气温度由210℃降至150℃，提高了锅炉的效率及热量损失。
1 高炉煤气预热器系统工艺介绍
具体为煤气预热器热管在热的烟气作用下，将管内介质汽化上升至高炉煤气区域，冷高炉煤气进入煤气预热器吸收管内介质的热量，自身温度提升的同时，管内介质凝结成液体回流至烟气侧，进而达到烟气与煤气热量传递。
2 现状分析
由于运行中使用高、焦炉煤气质量较差，生产节凑较快，设备自身设计不完备等原因，设备运行过程中存在煤气预热器运行中故障损坏的问题，煤气预热器故障类型很多，但影响最大的预热器热管爆裂和烟气与煤气侧密封面损坏，泄漏后易造成烟气、煤气混合，锅炉尾部烟道爆炸事故。
3 原因分析
3.1 温度对设备的影响
由于煤气预热器管材质特殊，设备使用过程中工作温度需要加强控制。在设备正常运行时通过的介质温度不能超过250℃，否则热流体超温会引起热管内部工作温度上升而导致热管爆裂，生产过程中存在尾部烟道爆炸的危险；在设备停运检修时，当环境温度低于0℃时，存在管内工作液体容易冻结而使管壳破裂的风险，而原厂所带设备未考虑设备停运时设备的保温问题。
3.2 煤气质量对设备的影响
高炉煤气管道从总管（DN2000）接出两路支管，经过煤气预热器后进入煤气支管从而进行燃烧。该煤气预热器利用热管原理进行烟气和高炉煤气的换热，热管采用的是20#锅炉钢，壳体及隔板等采用普碳钢材质，其预热介质为干法除尘后的高炉煤气，而热源为锅炉燃烧后的高温热烟气；由于锅炉大量燃用焦炉煤气（约1.3万m3/h以上），焦炉煤气中含有硫化物较多，在正常燃烧时，容易产生二氧化硫或三氧化硫，二氧化硫与三氧化硫在有水的情况下较易产生亚硫酸和硫酸，而亚硫酸与硫酸对钢制品（如铁板、铁管等）极易产生腐蚀作用，同时高炉煤气中含有氯离子，较易对煤气预热器造成腐蚀，煤气预热器中间隔板长期被酸性物质腐蚀，容易出现漏点，同时由于尾部烟气压力为负压，在煤气隔板出现漏点后，煤气会进入尾部烟道中，尾部烟道的温度较高（温度一般在200℃左右）。高炉煤气的爆炸极限为（33～86%），在此情况之下，高炉煤气与尾部烟气混合易产生爆燃事故。根据厂其他锅炉的生产经验，无论是高焦炉煤气还是燃烧后的热烟气，其中都含有腐蚀性成分，该煤气预热器肯定会因腐蚀而造成泄漏等问题。一旦煤气预热器发生泄漏，则直接导致高炉煤气进入高温负压的烟道中，为确保设备的安全运行。
3.3 设备故障对系统影响大
由于煤气预热器在整个尾部烟道中，一旦发现出现泄漏，必须在锅炉停运状态下才能检修，造成故障停机，即便检修检修周期较长，影响发电机产量，不利于企业煤气的平衡，造成资源的浪费。
4 对策措施
根据煤气预热器运行中可能造成泄漏的几种原因及设备高效稳定运行考虑，我们采取了一些改进措施，确保设备运行稳定。
1）针对热流体超温（超过250℃）会引起热管内部工作温度上升而导致热管爆裂问题，我们在将煤气预热器入口烟温参数纳入岗位重点监测参数范围，同时在预热器烟气侧入口增加煤气预热器入口温度声光报警，在入口温度接近预警极限时提醒运行人员及时调整炉膛火焰高度及燃料，确保热流体部分不超温。
针对北方冬季设备停运期间境温度低于0℃时，管内工作液体易冻结而使管壳破裂的问题，及煤气预热器热管内介质都停留在烟气侧的特点，我们利用停炉检修机会，在煤气预热器的热端（烟气侧）安装蒸汽伴热管道，出口和入口并联安装，呈“S”形，末端下倾5°安装，确保锅炉停运时工作液体不冻结。
2）针对锅炉所用高炉煤气含有大量氯化物和硫化物，具有较强的腐蚀性的特点，根据炉膛声波吹灰原理在预热器热管之间加装氮气吹灰器，利用氮气的高压力和相互之间的声频共振清除灰尘，此法简单易行，氮气取用方便价格低廉。锅炉烟气侧可随时吹扫，煤气侧利用点停炉处理管道时吹扫。
由于煤气预热器长期运行后易出现泄漏的风险，我们在煤气预热器的烟气侧配备了新型的红外线气体分析器，可用来精确连续测定烟气侧CO的含量，它属于不分光式红外线分析器，检测器采用薄膜微音器，设备自身设计了两个极限值报警点，可进行独立的上限下限报警。为保证设备的灵敏度岗位人员每周一次对设备零点、灵敏度进行一次校准。每月更换一次前面板上过滤器的滤芯，并检查所有软连接处是否泄漏，对泵出力情况、流量计的流速进行检查，对样品过滤器和样气管线进行放水、清灰处理，用标准气体检查仪器的精度。这样岗位人员在设备运行时通过监测可以判断煤气预热器密封状况，消除由于煤气预热器泄漏造成锅炉尾部烟道爆炸事故。
3）为避免出现由于煤气预热器泄漏导致的停炉事故，我们根据现场工艺要求，对煤气管道进行了改造，在煤气经过预热器处增加旁路系统，同时在煤气预热器煤气侧出入口增加盲板阀，确保当出现预热器泄漏事故时，将煤气预热器煤气侧从煤气管道中切除，使煤气不经过预热直接进入炉膛，确保锅炉正常运行，在具备检修条件时进行检修。
5 结论
通过改进，莱钢170t/h锅炉煤气预热器运行状况良好，运行近10年未出现积灰、腐蚀影响煤气预热器运行事故，确保了锅炉设备的高效稳定运行。
作者简介
高松（1981-），男，2005年毕业于西安建筑科技大学机械设计制造及其自动化专业，工程师，现从事热电厂热能设备技术管理工作。
关键词 煤气预热器；腐蚀；泄漏
中图分类号：TF066 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）03-0158-01
莱钢能源动力厂CCPP系统为纯发电模式，系统较为独立，要求运行连续性、安全性较高。锅炉为170t/h高温高压纯燃煤气炉，装置有一套高炉煤气预热器，用以提升高炉煤气入炉温度，强化燃烧效果，提高锅炉热效率。锅炉正常运行时，高炉煤气和尾部烟气通过热管中的介质进行热量交换，使低温的高炉煤气20℃，提升到100℃，尾部烟气温度由210℃降至150℃，提高了锅炉的效率及热量损失。
1 高炉煤气预热器系统工艺介绍
具体为煤气预热器热管在热的烟气作用下，将管内介质汽化上升至高炉煤气区域，冷高炉煤气进入煤气预热器吸收管内介质的热量，自身温度提升的同时，管内介质凝结成液体回流至烟气侧，进而达到烟气与煤气热量传递。
2 现状分析
由于运行中使用高、焦炉煤气质量较差，生产节凑较快，设备自身设计不完备等原因，设备运行过程中存在煤气预热器运行中故障损坏的问题，煤气预热器故障类型很多，但影响最大的预热器热管爆裂和烟气与煤气侧密封面损坏，泄漏后易造成烟气、煤气混合，锅炉尾部烟道爆炸事故。
3 原因分析
3.1 温度对设备的影响
由于煤气预热器管材质特殊，设备使用过程中工作温度需要加强控制。在设备正常运行时通过的介质温度不能超过250℃，否则热流体超温会引起热管内部工作温度上升而导致热管爆裂，生产过程中存在尾部烟道爆炸的危险；在设备停运检修时，当环境温度低于0℃时，存在管内工作液体容易冻结而使管壳破裂的风险，而原厂所带设备未考虑设备停运时设备的保温问题。
3.2 煤气质量对设备的影响
高炉煤气管道从总管（DN2000）接出两路支管，经过煤气预热器后进入煤气支管从而进行燃烧。该煤气预热器利用热管原理进行烟气和高炉煤气的换热，热管采用的是20#锅炉钢，壳体及隔板等采用普碳钢材质，其预热介质为干法除尘后的高炉煤气，而热源为锅炉燃烧后的高温热烟气；由于锅炉大量燃用焦炉煤气（约1.3万m3/h以上），焦炉煤气中含有硫化物较多，在正常燃烧时，容易产生二氧化硫或三氧化硫，二氧化硫与三氧化硫在有水的情况下较易产生亚硫酸和硫酸，而亚硫酸与硫酸对钢制品（如铁板、铁管等）极易产生腐蚀作用，同时高炉煤气中含有氯离子，较易对煤气预热器造成腐蚀，煤气预热器中间隔板长期被酸性物质腐蚀，容易出现漏点，同时由于尾部烟气压力为负压，在煤气隔板出现漏点后，煤气会进入尾部烟道中，尾部烟道的温度较高（温度一般在200℃左右）。高炉煤气的爆炸极限为（33～86%），在此情况之下，高炉煤气与尾部烟气混合易产生爆燃事故。根据厂其他锅炉的生产经验，无论是高焦炉煤气还是燃烧后的热烟气，其中都含有腐蚀性成分，该煤气预热器肯定会因腐蚀而造成泄漏等问题。一旦煤气预热器发生泄漏，则直接导致高炉煤气进入高温负压的烟道中，为确保设备的安全运行。
3.3 设备故障对系统影响大
由于煤气预热器在整个尾部烟道中，一旦发现出现泄漏，必须在锅炉停运状态下才能检修，造成故障停机，即便检修检修周期较长，影响发电机产量，不利于企业煤气的平衡，造成资源的浪费。
4 对策措施
根据煤气预热器运行中可能造成泄漏的几种原因及设备高效稳定运行考虑，我们采取了一些改进措施，确保设备运行稳定。
1）针对热流体超温（超过250℃）会引起热管内部工作温度上升而导致热管爆裂问题，我们在将煤气预热器入口烟温参数纳入岗位重点监测参数范围，同时在预热器烟气侧入口增加煤气预热器入口温度声光报警，在入口温度接近预警极限时提醒运行人员及时调整炉膛火焰高度及燃料，确保热流体部分不超温。
针对北方冬季设备停运期间境温度低于0℃时，管内工作液体易冻结而使管壳破裂的问题，及煤气预热器热管内介质都停留在烟气侧的特点，我们利用停炉检修机会，在煤气预热器的热端（烟气侧）安装蒸汽伴热管道，出口和入口并联安装，呈“S”形，末端下倾5°安装，确保锅炉停运时工作液体不冻结。
2）针对锅炉所用高炉煤气含有大量氯化物和硫化物，具有较强的腐蚀性的特点，根据炉膛声波吹灰原理在预热器热管之间加装氮气吹灰器，利用氮气的高压力和相互之间的声频共振清除灰尘，此法简单易行，氮气取用方便价格低廉。锅炉烟气侧可随时吹扫，煤气侧利用点停炉处理管道时吹扫。
由于煤气预热器长期运行后易出现泄漏的风险，我们在煤气预热器的烟气侧配备了新型的红外线气体分析器，可用来精确连续测定烟气侧CO的含量，它属于不分光式红外线分析器，检测器采用薄膜微音器，设备自身设计了两个极限值报警点，可进行独立的上限下限报警。为保证设备的灵敏度岗位人员每周一次对设备零点、灵敏度进行一次校准。每月更换一次前面板上过滤器的滤芯，并检查所有软连接处是否泄漏，对泵出力情况、流量计的流速进行检查，对样品过滤器和样气管线进行放水、清灰处理，用标准气体检查仪器的精度。这样岗位人员在设备运行时通过监测可以判断煤气预热器密封状况，消除由于煤气预热器泄漏造成锅炉尾部烟道爆炸事故。
3）为避免出现由于煤气预热器泄漏导致的停炉事故，我们根据现场工艺要求，对煤气管道进行了改造，在煤气经过预热器处增加旁路系统，同时在煤气预热器煤气侧出入口增加盲板阀，确保当出现预热器泄漏事故时，将煤气预热器煤气侧从煤气管道中切除，使煤气不经过预热直接进入炉膛，确保锅炉正常运行，在具备检修条件时进行检修。
5 结论
通过改进，莱钢170t/h锅炉煤气预热器运行状况良好，运行近10年未出现积灰、腐蚀影响煤气预热器运行事故，确保了锅炉设备的高效稳定运行。
作者简介
高松（1981-），男，2005年毕业于西安建筑科技大学机械设计制造及其自动化专业，工程师，现从事热电厂热能设备技术管理工作。