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中压煤粉锅炉尾部受热面低温腐蚀的防治点击：1885 日期：[ 2014-04-26 21:39:18 ] |
| 中压煤粉锅炉尾部受热面低温腐蚀的防治 杨水军 (中国铝业河南分公司热力厂,河南郑州450041) [摘 要]通过对某热力厂中压煤粉锅炉尾部受热面发生低温露点腐蚀的治理及原因分析,简述了锅炉尾部受热面低温露点腐蚀的形成过程及其危害,介绍了防治锅炉低温露点腐蚀的一些措施。 [关键词]低温露点腐蚀;换热器;防治措施 [中图分类号]TK224·9 [文献标识码]B [文章编号]1008-5122(2010)05-0030-03 1·锅炉尾部受热面运行中存在的问题 锅炉尾部受热面(省煤器,空气预热器)在提高锅炉热效率、降低锅炉排烟温度、稳定锅炉燃烧等方面发挥了应有的作用。但这部分受热面也是最容易腐蚀损坏、造成锅炉事故频次最高、锅炉运行中检修工作量最大的受热部件。某公司热力厂的212-80/3. 82-450型5#中压煤粉锅炉因尾部受热面腐蚀损坏严重,曾在过去采用了热管式预热器,虽延长了设备使用寿命,但一次性投资较大,且在降低排烟温度方面没有达到预期效果(接近200℃),使得改造效果不好,并浪费了人力和物力。锅炉系统给水温度设计为104℃而时常达不到规定值;同时在其它锅炉停炉时检查中发现尾部受热面低温段省煤器、空气预热器出现腐蚀严重,预热器漏风等情况,造成了锅炉送风量不够、冒正、负荷带不上,电耗上升,检修工作量大等问题,直接危及到锅炉的安全经济和长周期运行,影响到氧化铝的稳定用汽。 2·低温露点腐蚀形成过程及原因分析 目前国内众多热电企业的中压锅炉,几乎没有采用回热循环的方式将进省煤器的锅炉给水加热到较高温度,而是直接将热力式或旋膜式除氧器出口的104℃的除氧水引入锅炉尾部受热面的低温段省煤器;而空气预热器入口的冷空气温度一般设计为常温30℃,近年来广泛采用的暖风器加热冷空气,是为了降低锅炉排烟温度,提高锅炉热效率,且冷空气温度一般控制在80℃左右。如今我厂锅炉省煤器入口给水温度104℃时有偏低和低温段空气预热器入口空气温度为常温均低于烟气酸露点温度,使得锅炉尾部受热面特别是末级受热面容易发生低温露点腐蚀,造成低温段省煤器泄露或低温段预热器漏风。 2.1 低温露点腐蚀的形成过程 由于某厂锅炉主烧高硫份的义马烟煤,含硫量为1%左右;其燃料燃烧形成大量的SO2、SO3、硫酸雾和酸性尘对锅炉尾部受热面(特别是低温段省煤器及预热器)的腐蚀较为严重。一般情况下,锅炉在燃烧高水份高硫份燃料时,尾部受热面低温部分会受到腐蚀,也称低温腐蚀,其常出现在空气预热器的冷端及给水温度低的省煤器中。而作为锅炉燃料所使用的重油和进入锅炉的CO烟气中也都含有一定数量的硫,这些燃料经燃烧后生成SO2气体。部分SO2气体受灰分和金属氧化物等的催化作用而生成SO3,它与燃烧气体中所含的水分结合生成硫酸,在处于烟气露点温度以下的金属壁面凝结并腐蚀金属。生成硫酸的反应如下: 锅炉排烟中水蒸汽的来源主要是投燃重油助燃时入炉的重油雾化蒸汽,其次是燃料中的水份、燃料中氢燃烧的水份、助燃空气中的水份(较少)等。通常情况下,烟气中水蒸汽的含量较空气高些,因此蒸汽的露点也高,只考虑水蒸汽影响,水蒸汽在较高温度下开始结露。然而,一般燃料所生成的烟气的水蒸气露点很低,如果只考虑水蒸汽露点,受热面上结露的可能性较小,但如果烟气中有硫酸烟气存在时,即使它含量很少,对露点的影响也很大。有关资料表明[1]:在烟气中水蒸汽和硫酸蒸汽的分压之和为0·005MPa(绝对大气压),如果PH2SO4=0,即无硫酸蒸汽存在时,烟气露点为33℃(即水蒸汽露点)。但只要有极少量的硫酸蒸汽存在,露点就会提高到100℃以上,所以低温露点腐蚀一般指酸露点腐蚀。可见锅炉燃料中硫含量的多少,将直接影响烟气中SO2的生成量,从而使烟气的露点温度升高。而水蒸汽与NOx形成的硝酸或亚硝酸仅是很少一部分。据计算,某厂锅炉的烟气露点温度理论值为95℃,而实际已接近110℃(如以下数值估算为105℃),若烟道漏风或预热器漏风更会加剧了低温露点腐蚀的形成。 2.2 发生低温露点腐蚀的原因 锅炉燃料中硫含量是客观存在的,那么抑制低温露点腐蚀发生的关键就在于能否将换热管的壁面温度控制在酸露点温度以上。 根据传热学原理[4],锅炉尾部受热面中,换热管束烟气侧的壁面温度可通过(5)式计算得到: tw=t1-(t1-t2-Δt) /(1+a1A1/a2A2)(5) 式中:t1、t2—热、冷流体的温度,℃; a1、a2—热、冷流体侧的放热系数; A1、A2—热、冷流体侧的换热面积,mm2; Δt—热、冷两侧管壁温度,℃。 由于金属热传导的热阻较烟气或低温工质的对流换热热阻小得多,在计算中可近似认为Δt=0,同时因换热管束的壁厚较薄,某厂管式空气预热器尺寸为40mm×1·5mm,即壁厚为1·5mm,为了计算分析方便,可近似认为A1≈A2。 则(5)式可简化为: tw=t1-(t1-t2) /(1+a1/a2)(6) 对于空气预热器而言,空气和烟气的对流换热系数相差不大,取a1≈a2 则，tw≈t1-(t1-t2) /2=(t1+t2) /2 (7) 即换热管束金属壁面温度约为冷、热换热介质温度的平均值。由此可见,空气预热器入口空气温度的高低将直接影响到换热管束的管壁温度。为了减少排烟热损失,尽可能多地利用烟气余热,提高锅炉热效率,必须大幅度降低排烟温度;而为了降低排烟温度必须使受热面温压降低并采用较低的低温空气的温度,此时也降低了空气预热器的管壁温度,使酸露点腐蚀容易在低温段空气预热器的冷端发生。 对于省煤器,由于水的对流换热系数的数值很高,即a1 a2。所以tw比较接近锅炉给水的温度t2,如果考虑金属管壁热阻,换热管束在烟气侧的管壁温度一般也只比给水温度高3~4℃。进低温段省煤器的锅炉给水不经过循环加热时,其温度最高只有104℃(从除氧器而来),烟气侧的金属管壁温度约为107℃左右,低于酸露点温度,因而低温段省煤器长期运行中也就很容易发生腐蚀穿孔损坏。另外,在换热管束管箱等部位,由于烟气的流速低,有时还处于停滞状态,随着金属管壁温度的降低,也极易发生酸露点腐蚀现象。 3·防治措施 为保证锅炉长期可靠地运行,应做好以下防止低温腐蚀的的措施。 (1)提高空气预热器入口的空气温度以提高空气预热器冷端受热面壁温。通常采用调整空气再循环的方法,把预热的空气从再循环管送到风机入口与冷空气混合以提高其温度。在启动锅炉及低负荷运行时,增大再循环风量。但这种方法缺点是消耗电能较多,某厂基本上采用了这种方法。近年来,国内企业采用暖风器的方法,把冷空气加热到80℃,或用汽机轴封汽等加热冷空气,基本上可达到减少空气预热器的低温腐蚀的效果。 (2)减少SO3的生成份额。燃烧高硫份煤时,采用燃烧温度高、过量空气系数低的运行状态,可使生成的SO2被氧化成SO3的份额较少,并会使烟气的露点低一些,使锅炉的腐蚀情况改善。在投用重油助燃时,可采用小油枪或特殊的燃烧设备以降低SO2或SO3的生成量;也可将重油点火助燃改为轻油点火助燃,同时减少油枪使用次数,达到同样的效果。 (3)用浓淡燃烧技术,稳定锅炉燃烧,可减少NOx的生成量,降低HNOx对锅炉尾部受热面的腐蚀。 (4)提高管式空气预热器的管壁温度。提高空气入口温度可提高管壁的温度,防止腐蚀产生;有的企业把管式空气预热器管子平放,烟气在管外横流冲刷受热面,空气在管内纵向流动。由于空气纵向流动,放热系数较低,使管壁温度接近烟气的温度,管壁温度提高,腐蚀情况改善,但此方法增大了受热面的磨损,某厂燃煤属高灰份劣煤不宜采取此方法。 (5)采用耐腐蚀材料,对受热面易腐蚀处进行特别处理或取代。近年来各种新型耐腐蚀材料的出现,为锅炉易腐蚀设备的处理提供了良好条件,大大提高了锅炉运转率。 (6)提高给水温度。一般将进低温段省煤器的锅炉给水温度控制在120℃以上,某厂锅炉由于设计问题锅炉进水温度至少稳定在104℃以上,使得省煤器和烟气换热器翅片管管束任何一点的金属壁面温度均大于烟气的酸露点温度,这样就避免或减少了低温酸露点腐蚀的发生,达到了锅炉长周期安全稳定经济运行的目的。 (7)采用热管式预热器,优化热管束的排列布置,把预热器“冷端”的第一个流程与其他流程分离,减轻漏风及检修工作量,并充分利用热管的特性,调节热阻提高壁温,同时利用锅炉大修改造进行尾部受热面配合设计,以达到提高换热效率与低温防腐稳定运行工况的多重目的[3]。 (8)对采用有余热回收装置的锅炉设备,配置自动控制操作功能,当锅炉低负荷运行时应对余热装置参数自动调节[2],避免排烟温度过低造成影响。 (9)控制好锅炉排烟温度(改造锅炉应合理选择锅炉排烟温度),按国家相关规定,结合实际,某厂锅炉排烟温度应在120~130℃之间为宜;若涉及锅炉尾部受热面的大修改造,可根据情况进行锅炉综合分析、优化设计改造,使锅炉达到最佳运行效果。 近年来在改造中,热力厂锅炉省煤器均采用了膜式省煤器,个别空气预热器采用了螺纹管预热器,强化了传热,使锅炉排烟温度有所下降。如某厂的TCZ-150/3·82—M型6#提产改造锅炉排烟温度由改造前的170℃降到改后的125℃设计值,略高于酸露点温度,使得这部分多取出的热量用于提高给水温度及助燃空气,起到了提高锅炉燃烧稳定性和节约燃料的作用,但要重视随之而来的尾部受热面腐蚀及运转周期等诸多问题,特别是随着近年脱硫项目的建设实施,锅炉排烟温度受到一定限制,锅炉尾部受热面及烟道的防腐工作应提早纳入工作日程,减少不必要的损失。 4·结束语 酸露点腐蚀容易在低温空气预热器的冷端发生;而从除氧器进低温段省煤器的锅炉给水温度不足104℃时,也易发生酸露点腐蚀现象。 防治锅炉尾部受热面(省煤器、空气预热器等)的低温露点腐蚀的方法是多种多样的,一般采取综合方法较为实际,最直接有效的方法就是避免低温介质与烟气进行直接接触换热。锅炉排烟温度应在酸露点温度以上,控制在120~130℃为宜。 [参考文献] [1]冯俊凯,边幼庭.锅炉原理及计算[M].北京:科学出版社, 1992. [2]郭建平,等.有机热载体锅炉尾部高效余热利用装置的设计与应用[J].节能, 2009, 7: 13-15. [3]许国庆,等.大型电站锅炉空气预热器应用热管的探讨[J] .锅炉技术, 1996, (2) . [4]陈学俊,陈听宽.锅炉原理[M].北京:机械工业出版社, |
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