300MW机组空气预热器冷端腐蚀堵灰原因及对策

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)0320047204

Cause of Corrosi on and Block i n g Ash a t Cold Juncti on

of A i r Prehea ter of300M W Un it

Xie 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 measure

0　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 O

2

,其中

约有0.5%～5%的S O

2

在烟气中的过剩氧量以

及积灰中Fe

2

O3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 O

3

,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 O

3

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 O

3含量有关,而S O

3

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 O

2

再同火焰中的原子状态氧

反应生成S O

3

,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 O

3

也越多。

(2)催化反应生成S O

3

。烟气流过对流受热

面时,S O

2

会遇到一些催化剂,如钢管表面的氧化

铁(Fe

2

O3)及受热面管壁上的沉积物或燃料中的

矾燃烧后生成V

2

O5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 O

2

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 O

3

,即:

2S O2+O2催化剂

2S O3

113　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 O

3的含量;烟气中S O

3

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: