在珞璜電廠空預(yù)器及濕法脫硫系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對煙氣的腐蝕性問題進(jìn)行了探討，并對電廠酸露點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，提出了解決方案，并分析其實(shí)際應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞：低溫腐蝕 露點(diǎn)溫度 空預(yù)器 脫硫
華能珞璜電廠地處重慶江津珞璜鎮(zhèn)，電廠裝機(jī)容量4×360MW，發(fā)電機(jī)組系引進(jìn)法國阿爾斯通公司的燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，每臺鍋爐配2臺3分倉各三段再生回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，燃煤為重慶松藻煤礦的劣質(zhì)無煙煤，燃料中的含硫量為3.5%～5%，這種高硫煤燃燒產(chǎn)生的煙氣中二氧化硫的濃度較高，為了保護(hù)當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境，從日本三菱重工引進(jìn)了石灰石/石膏濕法脫硫裝置與發(fā)電機(jī)組配套。分二期建設(shè)，一期工程投產(chǎn)后#1、2爐空預(yù)器冷段及中溫段由于結(jié)露，腐蝕堵灰嚴(yán)重，脫硫系統(tǒng)中GGH設(shè)備的腐蝕問題也較為突出，由于GGH換熱器的溫度梯度大且出口處的煙溫已低于煙氣的露點(diǎn)溫度，使設(shè)備長期處于一種強(qiáng)酸性的環(huán)境中，換熱器管束的腐蝕極為明顯。因?yàn)榭疹A(yù)器和脫硫裝置的正常運(yùn)行對機(jī)組的安全、環(huán)保運(yùn)行至關(guān)重要，因而有必要對低溫腐蝕的成因、危害進(jìn)行探討。
1 低溫腐蝕的現(xiàn)象及危害
回轉(zhuǎn)式空預(yù)器及脫硫設(shè)施安裝在鍋爐尾部，煙氣在進(jìn)入空預(yù)器及脫硫入口熱交換器進(jìn)行熱交換后，溫度降低，在燃用高硫煤時(shí)，由于煙氣中凝結(jié)的液態(tài)硫酸液造成換熱器及煙道腐蝕，致使換熱元件嚴(yán)重?fù)p壞，同時(shí)酸液粘結(jié)煙氣中的灰粒，空預(yù)器、靜電除塵器及熱交換器集灰、堵塞，嚴(yán)重時(shí)，影響鍋爐及脫硫設(shè)施的滿負(fù)荷運(yùn)行，按一期合同規(guī)定，空預(yù)器應(yīng)能在進(jìn)口空氣溫度25℃，出口排煙溫度145℃維持正常運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行半月左右空預(yù)器就發(fā)生嚴(yán)重堵塞，表現(xiàn)為一次、二次風(fēng)壓出現(xiàn)擺動現(xiàn)象，隨后擺幅逐漸加大，且呈現(xiàn)周期性變化，其擺動周期與空氣預(yù)熱器旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間恰好吻合，嚴(yán)重時(shí)致使風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振，因?yàn)椴荒芫S持一次風(fēng)壓而引起鍋爐MFT動作，被迫提高排煙溫度160-165℃運(yùn)行，以勉強(qiáng)維持鍋爐到停爐沖洗，而排煙溫度高又影響脫硫裝置全煙氣運(yùn)行，降低了吸收塔樹脂內(nèi)襯的使用壽命，增加了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
脫硫的腐蝕問題是影響設(shè)備健康的主要問題，電廠脫硫系統(tǒng)中GGH設(shè)備的腐蝕問題較為突出。脫硫裝置的煙氣換熱裝置采用了閉式水循環(huán)熱量交換裝置(MGGH)。煙氣進(jìn)入脫硫裝置后首先經(jīng)過熱交換器降溫，以達(dá)到吸收塔設(shè)計(jì)的進(jìn)口煙氣溫度以利吸收過成的順利進(jìn)行，換熱器的降溫幅度一期脫硫設(shè)計(jì)為142℃～100℃，二期脫硫設(shè)計(jì)為142℃～120℃，由于換熱器的溫度梯度大且出口處的煙溫已低于煙氣的露點(diǎn)溫度，大量的SO2和SO3在管束表面凝結(jié)，使設(shè)備長期處于一種強(qiáng)酸性的環(huán)境中，特別是SO3的含量隨煙溫的上升而增加的幅度較大，換熱器管束的腐蝕極為明顯，在每次設(shè)備大修中都投入較多的資金進(jìn)行維護(hù)或更換以保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行。此外在脫硫裝置的管道設(shè)計(jì)中普遍采用了襯膠管道，大部分的泵也都采用了襯膠泵，從運(yùn)行情況看來有一定效果，但是在部分設(shè)備和設(shè)備的某些部位磨損腐蝕仍比較嚴(yán)重， 增加了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。
2 低溫硫腐蝕的原因及換熱器結(jié)灰分析
煤在燃燒時(shí)產(chǎn)生煙氣，煙氣中的水蒸氣含量取決于所用燃料、過?？諝饬亢涂諝庵械乃?，蒸汽吹灰也增大了煙氣中的水蒸氣，如果水蒸汽不與其他物質(zhì)化合， 在燃料中水份不多的情況下，因其分壓力低，水蒸汽的露點(diǎn)(即水露點(diǎn))也很低，一般在30～60℃，一般低溫受熱面上不會結(jié)露;實(shí)際上煤在燃燒過程中，特別是燃用高硫煤時(shí)，除了部分硫酸鹽留在灰中外，大部分硫燃燒生成SO2， 其中約有0.5-5%的SO2在煙氣中的過剩氧量及積灰中的Fe2O3的催化作用下生成SO3， SO3與煙氣中的水蒸汽形成硫酸蒸汽，而硫酸蒸汽的露點(diǎn)(也叫酸露點(diǎn)或煙氣露點(diǎn))則較高，煙氣中只要有少量的SO3，煙氣的露點(diǎn)就會提高很多，從而使大量硫酸蒸汽凝結(jié)在低于煙氣露點(diǎn)的低溫受熱面上，引起腐蝕。
珞璜電廠煤的設(shè)計(jì)含硫量4.02%，實(shí)際運(yùn)行情況也與此相符，根據(jù)煤的元素分析，采用在我國已得到廣泛使用的前蘇聯(lián)73年鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的方法：
F=1.2時(shí)， =121; F =1.4～1.5時(shí)， =129：標(biāo)準(zhǔn)中取 =125。
通過計(jì)算煙氣中水蒸汽分壓力PH2O(%)，再查飽和濕空氣表，可得出水露點(diǎn)溫度約為35.5℃，若排煙過?？諝庀禂?shù) F取1.35，飛灰份額根據(jù)電廠實(shí)際情況取0.92，可計(jì)算得出酸露點(diǎn)溫度約為123℃，當(dāng)不投運(yùn)暖風(fēng)器時(shí)，空氣預(yù)熱器冷端綜合溫度只有90℃，必然造成低溫腐蝕。
在尾部受熱面上實(shí)際的腐蝕情況既與結(jié)出的露的濃度有關(guān)，又與壁溫有關(guān)，隨鍋爐負(fù)荷的變化，腐蝕范圍及最強(qiáng)處也隨之變化，因而主要是空預(yù)器的冷端、脫硫進(jìn)出口的換熱器腐蝕最嚴(yán)重。
在空氣預(yù)熱器冷端壁面溫底偏低的情況下，如由于多方面的原因造成暖風(fēng)器停運(yùn)，壁溫嚴(yán)重低于煙氣中水蒸汽的露點(diǎn)，導(dǎo)致大量的水蒸汽及稀硫酸液凝結(jié)，又由于煙氣中有大量灰份，灰份沉積在壁面時(shí)，與水及酸液起化學(xué)作用后發(fā)生硬結(jié)。持續(xù)的低溫天氣又使得受熱面積灰日趨嚴(yán)重，將大部分空氣預(yù)熱器堵死，機(jī)組被迫停運(yùn)。同時(shí)空氣預(yù)熱器傳熱元件布置緊密，煙氣中的飛灰易沉積在受熱面上，使氣體漢動阻力增加，影響空氣預(yù)熱器的正常工作。此外低溫受熱面積灰將造成金屬壁溫更低，硫酸蒸汽能透過灰層擴(kuò)散到金屬壁上，形成硫酸，使積灰變硬，更難清除。
引起脫硫設(shè)備腐蝕環(huán)境惡化的因素比較復(fù)雜，煙氣成分的變化是主要原因之一，這包括煙氣中SO3含量的變化，粉塵濃度的增加以及水分的增大等，機(jī)組的頻繁啟停也會加劇設(shè)備的腐蝕。一般來說，在濕法脫硫系統(tǒng)中的煙氣露點(diǎn)溫度通常也是降低的，但煙氣的腐蝕性等級卻并不降低相反會發(fā)生明顯升高，其原因是在脫硫后的煙氣中SO3含量雖有所降低，但煙氣中所含腐蝕物質(zhì)總量反而增多，其中包含濕法脫硫時(shí)伴隨產(chǎn)生的酸性煙霧和酸性帶水，來自煤燃燒和來自脫硫漿液制備水中所含氯化物和氟化物等強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，氯化物和氟化物的含量將使煙氣腐蝕性等級發(fā)生很大程度的提高。如果脫硫后的煙汽溫度低于酸露點(diǎn)溫度，煙氣的腐蝕性等級將更加增強(qiáng)。
3 防止低溫腐蝕的措施
3.1 加強(qiáng)入廠煤含硫量的控制，在制定燃煤采購合同時(shí)要適當(dāng)考慮加入煤中含硫量的控制條款，用經(jīng)濟(jì)杠桿，從源頭上減少含硫高的煤進(jìn)入爐膛，但在近幾年由于供電形式緊張，電煤進(jìn)入賣方市場的條件下，實(shí)行的可能性較小，但可加強(qiáng)對不同煤種的混、配工作，防止高硫、高灰分煤集中進(jìn)入爐膛。
3.2 提高低溫受熱面壁溫，這是在鍋爐運(yùn)行中最有效的方法。使低溫受熱面壁溫高于露點(diǎn)溫度，硫酸蒸汽不能在金屬表面凝結(jié)，也就能減輕腐蝕。要提高壁溫，就要提高排煙溫度及空氣溫度，提高排煙溫度增大了鍋爐的排煙熱損失，降低鍋爐的經(jīng)濟(jì)性，但為了機(jī)組的安全運(yùn)行，在改造之前也屬不得已而為之，珞璜電廠一期2臺鍋爐則采取取掉部分換熱面，將排煙溫度由145℃升高到168℃范圍內(nèi)控制，既減輕腐蝕，又防止空預(yù)器堵塞;此外還可采取提高空預(yù)器入口冷空氣溫度以提高冷端受熱面壁溫，即在送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)出口與空預(yù)器之間安裝暖風(fēng)器，在運(yùn)行過程中，根據(jù)風(fēng)機(jī)入口溫度及時(shí)投停暖風(fēng)器，保持空氣預(yù)熱器入口冷風(fēng)溫度在20～50℃的范圍，以確?？諝忸A(yù)熱器冷端綜合溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。珞璜電廠在二期工程時(shí)則特別增加原一期沒有的一次風(fēng)機(jī)出口與空預(yù)器之間的暖風(fēng)器，并保證其長期安全運(yùn)行，取得較好效果。
3.3 加強(qiáng)對空氣預(yù)熱器出、入口差壓的監(jiān)視，特別是在冬季氣溫急劇下降時(shí)更應(yīng)注意，同時(shí)保證換熱器冷端溫度比煙氣露點(diǎn)溫度高，當(dāng)發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器出、入口一次風(fēng)、二次風(fēng)及煙氣差壓異常時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)調(diào)整，加強(qiáng)吹灰，吹灰前要將蒸汽疏水徹底排干凈，并盡可能保持高負(fù)荷，如采取措施后仍不見好轉(zhuǎn)，則只能利用停機(jī)機(jī)會及時(shí)對空預(yù)器進(jìn)行水沖洗，沖洗后投入運(yùn)行前必須利用鍋爐余熱甚至啟動引、送風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)，充分干燥，避免煙灰粘附在換熱面上，防止堵灰加劇。
3.4 解決尾部受熱面的堵灰和腐蝕問題，珞璜電廠二期設(shè)計(jì)對空預(yù)器的材質(zhì)和傳熱面積作了改進(jìn)， 中溫段改用耐腐蝕的考登鋼，低溫段考登鋼厚度加大，空預(yù)器傳熱元件面積增大為28500m2，大于一期的24400m2，適當(dāng)增加傳熱片間隙，相應(yīng)增大空預(yù)器間隙，鍋爐出口煙溫保持不變，增加一次風(fēng)暖風(fēng)器，從二期機(jī)組運(yùn)行情況看，有效防止空預(yù)器的腐蝕及堵灰。對脫硫系統(tǒng)則更換了四組換熱組件，并從價(jià)格及工藝上進(jìn)行比較，最終采用“耐低溫露點(diǎn)腐蝕ND鋼”，其抗腐蝕能力為普通碳鋼的5倍，運(yùn)行情況較好，此外加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，在每次設(shè)備大修中我們都投入較多的資金進(jìn)行對脫硫換熱器、管道等進(jìn)行維護(hù)或更換以保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行。
3.5 由于濕法脫硫后煙氣腐蝕性等級增高，為此，除了加強(qiáng)脫硫設(shè)備的防腐能力外，必須有效保證除霧器、煙氣加熱器的投入及工作正常，即脫硫后煙氣的再熱溫度應(yīng)加熱到酸露點(diǎn)溫度以上，并盡量留有一定的裕度，以減輕煙氣增濕、避免殘余氣態(tài)SO3蒸汽的結(jié)露，同時(shí)保證經(jīng)過吸收塔入口降溫?fù)Q熱器冷卻后的GGH熱媒水溫度不過低，一般控制在75℃，確保換熱器管束表面溫度，避免入口發(fā)生結(jié)露腐蝕。
3.6 由于煙氣中SO2進(jìn)一步氧化成SO3是在一定的條件下發(fā)生的，過?？諝舛?，爐膛火焰中心溫度高，生成SO3也就越多，因此要求采取合理的過?？諝庀禂?shù)，合理配風(fēng)，保證燃燒狀態(tài)最佳，降低SO3的生成;此外，尾部煙道的漏風(fēng)會使煙溫水平降低，與受熱面的熱交換變差，煙氣容積增大，排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加，同時(shí)引起腐蝕和堵灰，因而要加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，降低漏風(fēng)系數(shù)。
4 結(jié)束語
鍋爐尾部受熱面的腐蝕情況與酸露點(diǎn)溫度習(xí)習(xí)相關(guān)，煙氣對受熱面的低溫腐蝕常常用酸露點(diǎn)的高低來表示，露點(diǎn)越高，腐蝕范圍與廣，隨著電力體制改革及全國供電形式日趨緊張，對鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求也大大提高，同時(shí)新建、擴(kuò)建和改建火電廠設(shè)計(jì)中采用煙氣脫硫技術(shù)的工程也逐漸增多，如何避免鍋爐及脫硫設(shè)施在檢修周期內(nèi)腐蝕程度降低，保證機(jī)組長周期經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行，降低設(shè)備的維護(hù)成本，必將對電廠保證發(fā)供電帶來積極的意義
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