燃煤鍋爐尾部受熱面改造

吳重科　吳松山　李小剛（中國(guó)石油天然氣股份有限公司玉門油田分公司水電廠）

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燃煤鍋爐尾部受熱面改造

吳重科吳松山李小剛（中國(guó)石油天然氣股份有限公司玉門油田分公司水電廠）

玉門油田水電廠1#、2#鍋爐（額定蒸發(fā)量為220 t/h）運(yùn)行過(guò)程中，過(guò)熱蒸汽溫度偏低，嚴(yán)重威脅電廠生產(chǎn)安全，排煙溫度高，熱損失大。在環(huán)保改造后，無(wú)法滿足環(huán)保設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，尾部受熱面低溫腐蝕加劇。通過(guò)性能試驗(yàn)及熱力計(jì)算，對(duì)鍋爐尾部受熱面進(jìn)行了改造：增加了低溫過(guò)熱器受熱面積；將目前使用的光管式一、二級(jí)省煤器，統(tǒng)一更換為傳熱系數(shù)高、煙氣側(cè)阻力小，占用空間小、防磨損的H型鰭片管式省煤器；將下級(jí)空氣預(yù)熱器改造為搪瓷管空氣預(yù)熱器。成功解決了過(guò)熱蒸汽溫度偏低的問(wèn)題，提高了汽輪機(jī)運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性；解決了1#、2#鍋爐排煙溫度高的問(wèn)題，鍋爐效率提高了1.99%；滿足了電袋除塵器和SCR脫硝裝置的運(yùn)行要求，有效地解決了下級(jí)空氣預(yù)熱器低溫腐蝕和堵灰的問(wèn)題。

燃煤鍋爐受熱面改造搪瓷管空氣預(yù)熱器H型鰭片管式省煤器

玉門水電廠1#、2#鍋爐（六期工程）分別于2006年4月和7月投產(chǎn)。此鍋爐為DG220/9.81-18型高溫高壓煤粉鍋爐，其特點(diǎn)是：?jiǎn)纹匀谎h(huán)，燃燒器四角布置切圓燃燒、切圓懸浮燃燒；刮板撈渣機(jī)固態(tài)連續(xù)排渣；π形布置，平衡通風(fēng)，膜式水冷壁，12個(gè)循環(huán)回路；瓦斯氣自動(dòng)點(diǎn)火，混合燃燒；球磨機(jī)乏氣送粉倉(cāng)儲(chǔ)式煤粉爐，鍋爐構(gòu)架采用全鋼結(jié)構(gòu)、緊身封閉。鍋爐參數(shù)如下：額定蒸發(fā)量，220t/h；汽包工作壓力，10.96 MPa；過(guò)熱蒸汽壓力，9.81 MPa；過(guò)熱蒸汽溫度，540℃±5℃。

1　存在問(wèn)題

鍋爐投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，存在以下影響鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題：

1）由于設(shè)備原因，1#、2#鍋爐近幾年一直存在排煙溫度高的問(wèn)題，實(shí)際排煙溫度為170℃，高于設(shè)計(jì)排煙溫度（128℃）約42℃，造成極大的排煙熱損失。

2）1#、2#鍋爐投運(yùn)后一直存在過(guò)熱蒸汽溫度低，過(guò)熱蒸汽的出口溫度設(shè)計(jì)值為540℃±5℃，實(shí)際過(guò)熱蒸汽溫度出口平均溫度為525℃，減溫水無(wú)法正常投運(yùn)，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。

3）為了滿足SCR脫銷改造項(xiàng)目的技術(shù)要求，二級(jí)省煤器出口溫度必須控制在催化劑效果最佳溫度段350～400℃之間，過(guò)高過(guò)低都會(huì)影響脫銷的效率；而二級(jí)省煤器實(shí)際出口溫度在472.8℃左右，不能滿足項(xiàng)目要求。

4）為滿足國(guó)家和當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)環(huán)境保護(hù)法規(guī)的要求，水電廠進(jìn)行六期工程鍋爐（2臺(tái)，額定蒸發(fā)量為220 t/h）煙氣達(dá)標(biāo)排放改造。為了滿足電袋除塵器的運(yùn)行要求，使布袋在安全的溫度范圍內(nèi)，鍋爐需將排煙溫度控制在110～160℃的范圍內(nèi)；但是，在此溫度范圍內(nèi)鍋爐下級(jí)空氣預(yù)熱器容易形成低溫腐蝕。而且，脫銷SCR裝置中存在催化劑（V2O5），在此作用下，煙氣中更多的SO2被SCR裝置中的催化劑轉(zhuǎn)化為SO3，加劇了空氣預(yù)熱器冷端的腐蝕和堵塞；脫銷裝置中逃逸的NH3與SO3反應(yīng)生成NH4HSO4，從而對(duì)下級(jí)空氣預(yù)熱器造成粘結(jié)堵灰和腐蝕。在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，已發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器腐蝕、堵灰嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了鍋爐的經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)運(yùn)行。

為了提高鍋爐熱效率，保證汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和滿足SCR脫銷改造項(xiàng)目的技術(shù)要求，需要對(duì)尾部受熱面進(jìn)行技術(shù)改造。

2　解決方案

因受現(xiàn)有煙道空間的限制，改造方案的難度較大，最終通過(guò)熱力計(jì)算，確認(rèn)出以下可行性技術(shù)方案。

增加低溫過(guò)熱器的受熱面，更換一、二級(jí)省煤器：由光管式蛇形管省煤器更換為帶鰭片的蛇形管省煤器，并增加了受熱面積［1］；將上級(jí)空氣預(yù)熱器外移至SCR催化劑層下部，更換下級(jí)空氣預(yù)熱器：由普通材料更換為耐腐蝕的陶瓷材料。改造前后尾部受熱面布置示意圖如圖1、圖2所示。

圖1　改造前尾部受熱面布置示意圖

圖2　改造后尾部受熱面布置示意圖

2.1低溫過(guò)熱器改造

通過(guò)核算，解決過(guò)熱器溫度偏低的最好方案是增加1圈低溫過(guò)熱器，增加過(guò)熱器受熱面積113.6 m2，可以使過(guò)熱器溫度達(dá)到530～545℃。

2.2省煤器改造

根據(jù)電廠運(yùn)行記錄統(tǒng)計(jì)均值，二級(jí)省煤器前后溫度分別為536.42℃和462.75℃，一級(jí)省煤器前后溫度分別為347.8℃和281.6℃。設(shè)計(jì)計(jì)算二級(jí)省煤器前后溫度分別為575.8℃和414.4℃，一級(jí)省煤器前后溫度分別為307.2℃和252℃；設(shè)計(jì)計(jì)算二級(jí)省煤器受熱面積和一級(jí)省煤器受熱面積分別為630 m2和731 m2。通過(guò)計(jì)算，要達(dá)到設(shè)計(jì)值，二級(jí)省煤器和一級(jí)省煤器受熱面需分別增加295 m2和 208 m2；但由于煙道空間有限，占用部分檢修空間，只能將上、下級(jí)省煤器由原來(lái)光管式省煤器更換為傳熱系數(shù)高的鰭片式省煤器，并增加了受熱面積，以達(dá)到排煙溫度降到設(shè)計(jì)值130℃以內(nèi)。

2.3空氣預(yù)熱器改造

2.3.1腐蝕機(jī)理分析

低溫腐蝕是由于燃料中含有S，S燃燒生成SO2（S+O2=SO2），SO2在催化劑的作用下進(jìn)一步氧化生成SO3（2SO2+O2=2SO3），SO3與煙氣中的水蒸汽生成硫酸蒸汽（SO3+H2O=H2SO4）。硫酸蒸汽的存在使煙氣的露點(diǎn)顯著升高。由于空氣預(yù)熱器中空氣的溫度較低，預(yù)熱器區(qū)段的煙氣溫度不高，壁溫常低于煙氣露點(diǎn)，這樣硫酸蒸汽就會(huì)凝結(jié)在空氣預(yù)熱器受熱面上，造成硫酸腐蝕。

2.3.2影響空氣預(yù)熱器低溫腐蝕的幾個(gè)因素

1）燃料中含硫量影響。燃料中的硫是形成SO3的根本原因。燃煤中的含硫量較為穩(wěn)定，但自2012年1#、2#爐瓦斯氣摻燒投運(yùn)以后，由于瓦斯氣中硫化氫含量的增加，致使煙氣中的SO2含量成倍增加（表1）。

表1　瓦斯摻燒前后SO2含量對(duì)照

當(dāng)煙氣中的SO2含量增加時(shí)，形成的SO3也相應(yīng)增加，致使尾部受熱面酸露點(diǎn)升高，成為低溫腐蝕加劇的因素之一。

2）空氣過(guò)熱系數(shù)增加。過(guò)氧量的存在是促成SO2轉(zhuǎn)化為SO3的基本條件，空氣過(guò)熱系數(shù)增加會(huì)使火焰中原子氧的含量增加，從而使SO3含量也增加；因此，低氧燃燒是防止低溫腐蝕的有效措施。

3）催化劑影響。當(dāng)煙氣中Fe2O3或V2O5等催化劑含量增加時(shí)，煙氣中的SO3也將增加。2014年，在水電廠進(jìn)行了煙氣脫硝改造，脫硝SCR裝置中使用的催化劑為V2O5，這將使SO3含量大大增加。

4）脫硝裝置氨逃逸。脫硝過(guò)程中逃逸的NH3與SO3反應(yīng)生成NH4HSO4，NH4HSO4在低溫段空氣預(yù)熱器中為液態(tài)，且捕捉飛灰的能力極強(qiáng)，會(huì)與煙氣中的飛灰顆粒結(jié)合，附著于空氣預(yù)熱器管壁上，造成空氣預(yù)熱器的腐蝕和積灰。

5）受熱面改造。為了滿足電袋除塵器、脫硝催化劑的運(yùn)行要求，使布袋在安全運(yùn)行的溫度范圍內(nèi)，鍋爐需將排煙溫度控制在110～160℃的范圍內(nèi)；但是，在此溫度范圍內(nèi)鍋爐下級(jí)空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕將大大加劇。

2.3.3預(yù)防腐蝕選擇

1）提高管壁溫度。為了滿足脫硝裝置、電袋除塵器的安全運(yùn)行，進(jìn)行了尾部受熱面改造。改造后大大降低了排煙溫度，提高了鍋爐熱效率。為此，提高管壁溫度的措施不適用于該廠。

2）采用低氧燃燒。減少煙氣中的過(guò)剩氧，阻止和減少SO2轉(zhuǎn)變?yōu)镾O3，也可減少低溫腐蝕。目前，水電廠鍋爐煙氣含氧量實(shí)際運(yùn)行值與設(shè)計(jì)值偏差不大，以低氧燃燒的措施徹底解決低溫腐蝕不太適合。

3）選用新型材料的空氣預(yù)熱器。用耐腐蝕的材料制造空氣預(yù)熱器，如采用玻璃管、搪瓷管或用陶瓷材料制作?？紤]在排煙溫度合理的情況下，充分利用煙氣余熱，水電廠采用了防止低溫腐蝕的新型空氣預(yù)熱器。經(jīng)咨詢、查閱，耐磨搪瓷管這種新材料既有較好的傳熱效果，又有較好的耐腐蝕、耐磨損性能［2］。

2.3.4搪瓷管材料優(yōu)點(diǎn)

搪瓷管空氣預(yù)熱器與鋼管空氣預(yù)熱器比較，主要有3個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：耐腐蝕，搪瓷管的耐酸度要比金屬管高出數(shù)百倍；耐磨損，有關(guān)資料證明顯示，搪瓷釉層的維氏硬度HV=652，而金屬Q(mào)235A的維氏硬度HV=114，其耐磨性要大大超過(guò)金屬管；阻力小、傳熱好，搪瓷管表面絕對(duì)粗糙度為0.005 mm，遠(yuǎn)小于金屬Q(mào)235A。因此，搪瓷管表面光滑，不易沾灰，煙氣流通阻力小，灰污熱阻小，傳熱系數(shù)大。

2.3.5搪瓷管空氣預(yù)熱器應(yīng)用

搪瓷管空氣預(yù)熱器在水電廠1#、2#鍋爐上的應(yīng)用，基本緩解了電站鍋爐經(jīng)脫硝改造后容易出現(xiàn)的低溫段空氣預(yù)熱器冷端腐蝕、堵灰現(xiàn)象，這將極大地延長(zhǎng)鍋爐使用壽命，提高電廠運(yùn)行的可靠性。

3　項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益

1）根據(jù)反平衡法［3］，鍋爐效率η=100-q2-q3-q4-q5-q6。式中：q2為排煙損失，%；q3為化學(xué)不完全燃燒損失，%；q4為機(jī)械不完全燃燒損失，%；q5為鍋爐散熱損失，%；q6為灰渣物理?yè)p失和冷卻水熱損失，%。改造前η= 89.63%；改造后η=91.62%，改造前后鍋爐效率提高了1.99%。

2）實(shí)際燃料消耗量B為：改造前B=27.97 t/h，改造后B=27.37 t/h。

2臺(tái)鍋爐每年可節(jié)約原煤10 512 t。按原煤?jiǎn)蝺r(jià)360元/t計(jì)算，年節(jié)約資金約378.4萬(wàn)元。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)1#、2#鍋爐尾部受熱面改造，徹底解決了過(guò)熱蒸汽溫度偏低的問(wèn)題，提高了汽輪機(jī)運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性；滿足了SCR脫硝技術(shù)要求，達(dá)到了國(guó)家環(huán)保要求的電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)；有效地解決了下級(jí)空氣預(yù)熱器低溫腐蝕和堵灰的問(wèn)題，提高了電廠運(yùn)行可靠性和安全性，延長(zhǎng)了鍋爐使用周期，降低了生產(chǎn)成本。

［1］方占嶺.DG2070/17.5-Ⅱ6型鍋爐受熱面改造技術(shù)研究［J］.中國(guó)電力，2012（11）：32-35.

［2］張偉鵬.搪瓷管在煉油廠鍋爐空預(yù)器上的應(yīng)用［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2007（5）：38-40.

［3］岑可法.鍋爐燃燒試驗(yàn)研究方法及測(cè)量技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，1987：6-14.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.011

2015-07-16）

吳重科，2008年畢業(yè)于華北電力大學(xué)（熱能與動(dòng)力專業(yè)），從事鍋爐檢修工作，E-mail：491543323qq.com，地址：甘肅省玉門市老市區(qū)玉門油田水電廠鍋爐工區(qū)，735200。