300MW机组空气预热器冷端腐蚀堵灰原因及对策解 涛,金 鹏(山西漳山发电有限责任公司,山西长治046021)摘 要:对回转式空气预热器堵灰及低温腐蚀原因进行了分析,针对存在的问题,提出了相应的对策,取得了良好的效果。
关键词:空气预热器;低温腐蚀;堵灰;对策中图分类号:TK223.3+4 文献标识码:B 文章编号:100329171(2010)0320047204Cause of Corrosi on and Block i n g Ash a t Cold Juncti onof A i r Prehea ter of300M W Un itXie Tao,J in Peng(Shanxi Zhangshan Po wer Generati on Co.L td.,Changzhi046021,China)Abstract:This paper analyzed the cause of blocking ash and l ow temperature corr osion at r otary air p reheater,ac2 cording to p r oblem s existed the res pective counter measure was p roposed and the good result was obtained.Key words:air p reheater;l ow temperature corrosi on;blocking ash;counter measure0 概述现阶段大型火电机组普遍采用回转式空气预热器,但回转式空气预热器普遍存在的问题就是低温腐蚀和堵灰现象。
山西漳山发电有限责任公司(下称漳电)一期(2×300MW)工程在锅炉设计、安装和运行中都已考虑并采取了防止低温腐蚀和堵灰的措施,但实际运行中仍然由于各种原因没有杜绝上述问题。
漳电一期工程每台炉配置两台回转式空气预热器,空气预热器转子是空气预热器的核心部件,内部装有换热元件。
换热元件由薄钢板制成,由于空气预热器冷端受温度和燃烧条件的影响,最易腐蚀,因而换热元件分层布置。
其中热端和中温段换热元件由低碳钢制成,而冷端换热元件则由考登钢制成。
1 低温腐蚀的原因及堵灰分析111 低温腐蚀的原因煤在燃烧时产生烟气,烟气中的水蒸气含量取决于所用燃料、过剩空气量和空气中的水分,蒸汽吹灰也增大了烟气中的水蒸汽,如果水蒸汽不与其它物质化合,在原煤含水份不多的情况下,因其分压力低,水蒸汽的露点也很低,一般在30～60℃,低温受热面上不会结露;实际上煤在燃烧过程中,特别是燃用高硫煤时,除了部分硫酸盐留在灰中外,大部分硫燃烧生成S O2,其中约有0.5%～5%的S O2在烟气中的过剩氧量以及积灰中Fe2O3的催化作用下生成S O3,S O3与烟气中的水蒸汽形成硫酸蒸汽,而硫酸蒸汽的露点则较高,烟气中只要有少量的S O3,烟气的露点就会提高很多,从而使大量硫酸蒸汽凝结在低于烟气露点的低温受热面上,引起腐蚀。
2008年4月小修前漳电1号机组空气预热器冷端严重腐蚀,见图1。
图1 1号机组空气预热器冷端严重腐蚀情况112 空气预热器堵灰的形成分析烟气中S O3与烟气中的水蒸汽形成硫酸蒸汽,硫酸蒸汽就会凝结在空气预热器受热面上,造成换热元件及烟道腐蚀,烟气中的灰粒便容易粘在空气预热器的受热面上形成积灰、堵塞。
烟气中的硫酸蒸汽含量主要与烟气中的S O3含量有关,而S O3的形成主要有以下两种方式:(1)在燃烧反应中,燃料中的硫分在炉膛燃烧区先形成,部分S O2再同火焰中的原子状态氧反应生成S O3,即:S O2+(O)→S O3。
炉膛中的火焰温度越高,越容易生成原子氧,较多的过剩空气量也会增加原子氧的浓度。
原子氧越多,烟气中的S O3也越多。
(2)催化反应生成S O3。
烟气流过对流受热面时,S O2会遇到一些催化剂,如钢管表面的氧化铁(Fe2O3)及受热面管壁上的沉积物或燃料中的矾燃烧后生成V2O5等。
催化剂的催化能力同温度有关,大约壁温为500～600℃时催化能力最强,这正是过热器管壁的温度范围,因此S O2在受到催化剂的作用下与烟气中的过剩氧结合,在过热器区生成较多S O3,即:2S O2+O2催化剂2S O3113 低温腐蚀和空气预热器堵灰的现象及危害空气预热器受热面发生低温腐蚀时,不仅使传热元件的金属被锈蚀掉造成漏风增大,而且还因其表面粗糙不平和具有粘性产物使飞灰发生粘结,由于被腐蚀的表面覆盖着,这些低温粘结灰及疏松的腐蚀产物而使通流截面减小,引起烟气及空气之间的传热恶化,导致排烟温度升高,空气预热不足以及送、引风机电耗增大。
空气预热器发生严重堵塞时,表现为二次风压出现摆动,炉膛负压难以维持,随后摆幅逐渐加大,其摆动周期与空气预热器旋转一周的时间恰好吻合,呈现周期性变化,严重时导致送风机发生喘振、引风机无调节余量,影响到燃烧自动装置的投入,严重影响机组的安全经济运行。
空气预热器堵灰后,热风温度下降,风、烟系统阻力上升,一次风、二次风正压侧和烟气负压侧的差压增大,增加了空气预热器漏风,堵灰严重时,影响锅炉的满负荷运行。
另外,由于空气预热器的堵灰和低温腐蚀是互相促进的,空气预热器堵灰可加速烟气中硫酸蒸汽的凝结,加快空气预热器的低温腐蚀,致使空气预热器换热元件严重损坏。
所以,有效地预防空气预热器堵灰是电厂安全、经济、文明生产必须解决的问题。
2 影响低温腐蚀的因素211 烟气中的酸露点烟气中的酸露点与燃料含硫量和发热量有关。
显然,燃料中的含硫量较高,发热量较低,燃烧生成的二氧化硫就越多,进而三氧化硫也将增加,致使烟气露点升高。
受热面低温腐蚀与壁温和烟气露点有关。
烟气露点主要决定于烟气中硫酸蒸汽的含量,而硫酸蒸汽的含量又取决于S O3的含量;烟气中S O3的含量主要与燃料中的硫分、火焰温度、燃烧热强度、燃烧室空气量、飞灰性质和数量以及催化剂的作用等因素有关。
低温腐蚀的速度主要与管壁上凝结下来的硫酸量和硫酸浓度以及受热面壁温有关。
一般来说,壁温越高则腐蚀速度越快。
在锅炉实际运行中,尾部受热面的腐蚀及速度变化是比较复杂的,它是壁温,硫酸凝结量与硫酸浓度三者的综合,当三者的综合影响达最大时腐蚀将最快。
随锅炉负荷的变化,腐蚀范围及最强处也随之变化,因而主要是空气预热器的冷端换热器腐蚀最严重。
212 冷端综合温度空气预热器的冷端综合温度即烟气出口温度与空气入口温度之和,防止空气预热器低温腐蚀的最有效办法是提高冷端综合温度。
在空气预热器的运行中要注意将冷端综合温度维持不低于给定的最小空气预热器的冷端综合温度,保证空气预热器受热面壁温高于烟气露点。
如提高排烟温度,投入暖风器提高空气预热器入口温度,此法的优点是简便易行,缺点是锅炉效率降低。
在空气预热器冷端壁温偏低的情况下,如果由于多方面的原因造成暖风器停运,壁温严重低于烟气露点,导致大量的水蒸汽及稀硫酸液凝结,又由于烟气中有大量灰份,灰份沉积在壁面时,与水及酸液起化学作用后发生硬结,更难清除。
同时空气预热器传热元件布置紧密,烟气中的飞灰易沉积在受热面上,使气体流动阻力增加,影响空气预热器的正常工作。
实际运行中提高冷端综合温度最常用的方法是采用投入暖风器来提高空气入口温度。
对于回转式空气预热器冷端传热元件的金属温度可用下式进行计算:t b=X y·αy·θy+X k·αk·t k X y·αy+X k·αk式中 Xy———烟气占总流通截面的份额,%;X k———空气占总流通截面的份额,%;αy———烟气的放热系数,W/(m2·℃-1);αk———空气的放热系数,W/(m2·℃-1);t k———入口空气温度,℃;θy———排烟温度,℃。
从上式可看出,锅炉排烟温度或空气预热器入口风温的提高,将使空气预热器冷端传热元件的金属温度相应提高。
213 吹灰蒸汽带水由于进入空气预热器的烟气温度和空气温度不高,在进行热交换后,空气预热器冷端壁面温度往往偏低,又由于烟气中有大量灰份,灰份沉积在壁面时,与吹灰蒸汽中所携带水份及酸液起化学作用后发生硬结,积灰发生硬结后蒸汽吹灰根本无法清除,这样易造成空气预热器堵灰。
3 防止和减轻空气预热器低温腐蚀的措施和方法311 提高空气预热器冷端综合温度为防止空气预热器堵灰,漳电采取提高空气预热器入口空气温度来解决空气预热器的积灰和低温腐蚀问题,制定了燃煤含硫量与空气预热器冷端综合温度的控制措施。
(1)确保空气预热器冷端综合温度在烟气露点之上,调整暖风器供汽量和暖风器温度,合理降低空气预热器入口风温,提高换热效果。
漳电1、2号炉根据空气预热器生产厂豪顿华公司要求,空气预热器入口风温和排烟温度相加不得低于138℃。
煤质偏离设计煤种时,运行人员及时调整空气预热器冷端综合温度。
(2)加强锅炉暖风器的巡回检查,暖风器一旦损坏只能在机组停运时更换,因此,必须搞好暖风器正常运行和日常维护,决不能因设备缺陷而使暖风器解列,杜绝由于暖风器泄漏造成暖风器停运,避免空气预热器壁温严重低于烟气露点,导致大量硫酸蒸汽凝结现象的发生,造成空气预热器堵灰。
运行人员在实际操作中根据燃煤含硫量按以上要求,全程投入暖风器,控制暖风器出口二次风温度,保证空气预热器最低冷端综合温度,使低温受热面壁温高于烟气露点温度,硫酸蒸汽不能在金属表面凝结。
312 控制高硫煤进入炉膛加强入厂煤含硫量的控制,从源头上减少高硫煤进入炉膛,对入厂煤的含硫指标,严格化验,严格把关,严格控制高硫煤入厂,同时加强煤场管理,对不同含硫量的煤进行混、配,防止高硫煤集中进入锅炉,以减少S O3的生成。
313 空气预热器冷端采用耐腐蚀材料改造2008年4月,漳电1号炉转入检修,期间将空气预热器冷热端蓄热元件更换为耐腐蚀的搪瓷蓄热元件,并更换了密封片。
从机组改造空气预热器运行一年后情况看,彻底解决了空预冷端的堵灰和腐蚀问题。
314 降低过剩空气系数和减少漏风烟气中的过剩空气会增大S O3的生成量,无论是送入炉膛的助燃空气,还是锅炉各部分的漏风,对S O3的生成量都有影响。
因此,为防止低温腐蚀,应尽可能采用较低的过剩空气系数和减少锅炉各系统的漏风。
由于烟气中S O2进一步氧化生成S O3是在一定条件下发生的,炉膛火焰中心温度越高,过量空气越多,生成的S O3就会越多。
因此在机组运行中采用低氧燃烧技术,通过要求运行人员精心操作、合理配风,降低锅炉过剩空气系数;此外,尾部烟道的漏风会使烟温水平降低,引起腐蚀和堵灰,因而加强了设备维护,并保持各人孔门、看火孔关严,降低漏风系数。
低氧燃烧可以减少S O3的生成,但低氧燃烧容易加剧锅炉结焦,并且要求运行人员有较高的技术水平和责任心,运行中要特别注意检查锅炉的结焦情况。