鍋爐尾部煙道漏風(fēng)原因及防治

王松峰，龔家猷，藺海華

（神華國華國際電力股份有限公司北京熱電分公司，北京 100025）

0 引言

鍋爐尾部煙道的漏風(fēng)通常來自兩部分：一部分是由于煙道處于負(fù)壓狀態(tài)，從煙道的外包墻密封不嚴(yán)密處漏入；另外一部分則是通過空氣預(yù)熱器管或煙風(fēng)系統(tǒng)的隔板不嚴(yán)密處漏入。

鍋爐尾部煙道漏風(fēng)對鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和下游脫硫設(shè)備的運(yùn)行安全造成影響。從空預(yù)器漏入的漏風(fēng)會造成鍋爐燃燒的送風(fēng)不足，未完全燃燒損失增大，在大負(fù)荷工況下甚至制約鍋爐出力，影響鍋爐接帶大負(fù)荷；不管是從外部漏入的空氣還是來自送風(fēng)機(jī)的漏風(fēng)都會降低煙氣的溫度，使尾部受熱面換熱減少，導(dǎo)致熱損失增大；造成送、引風(fēng)機(jī)和脫硫增壓風(fēng)機(jī)單耗增大；漏風(fēng)還會使排煙溫度降低，加劇低溫預(yù)熱器和下游設(shè)備的低溫腐蝕。

國華北京熱電分公司4臺鍋爐的尾部煙道近年來都曾發(fā)生嚴(yán)重漏風(fēng)現(xiàn)象，治理后嚴(yán)重漏風(fēng)情況仍反復(fù)出現(xiàn)，漏風(fēng)率最大達(dá)20%，飛灰含碳量在大負(fù)荷時(shí)曾高達(dá)7%～9%。在2010年冬季大負(fù)荷期間，由于漏風(fēng)嚴(yán)重，造成煙氣量過大，使氣氣換熱器（GGH）壓差過大而影響了鍋爐接帶大負(fù)荷，嚴(yán)重影響了設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 設(shè)備簡介

國華北京熱電分公司4臺鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)的410 t/h煤粉爐，1999年底投運(yùn)，設(shè)計(jì)煤種為大同混煤，后改燒神華煤與準(zhǔn)格爾的混煤，摻配比例為7：3（煤種參數(shù)見表1）。鍋爐尾部煙道受熱面中，省煤器和管式空氣預(yù)熱器為雙級交叉布置，低溫空氣預(yù)熱器又分上下兩段布置。從上至下依次為高溫省煤器、高溫預(yù)熱器、低溫省煤器、低溫預(yù)熱器上段、低溫預(yù)熱器下段。為了滿足北京市對于燃煤鍋爐排放的環(huán)保要求，2006年至2010年間，該公司先后對鍋爐進(jìn)行了SNCR（選擇性非催化還原）和SCR（選擇性催化還原）脫硝改造，并將高溫省煤器由光管式改為鰭片式，增大了省煤器的吸熱。

2 尾部煙道漏風(fēng)原因分析

2.1 外包墻密封處出現(xiàn)縫隙

該公司鍋爐已經(jīng)運(yùn)行12年，由于運(yùn)行時(shí)間長，鍋爐尾部煙道外包墻中部分用來密封的耐火塑料長期受煙氣沖刷而脫落；外包墻中有2塊相接的鋼板由于熱變形而發(fā)生錯(cuò)位，導(dǎo)致鋼板之間產(chǎn)生縫隙，填充的耐火塑料已脫落，包墻外的空氣通過這些縫隙漏入處于負(fù)壓狀態(tài)的煙道內(nèi)。

表1 煤種參數(shù) %

2.2 空氣預(yù)熱器腐蝕

發(fā)生在空預(yù)器上的腐蝕主要是低溫腐蝕，在漏風(fēng)檢查中發(fā)現(xiàn)發(fā)生腐蝕的部分基本上都在低溫空預(yù)器的冷段，而且是在煙道緊鄰?fù)獍鼔? m的范圍內(nèi)，如圖1所示，緊鄰前后墻和側(cè)墻1 m內(nèi)，斜虛線覆蓋的部分即是發(fā)生漏風(fēng)的部位。

圖1 低溫空預(yù)器漏點(diǎn)位置

從腐蝕的部位來看，低溫空預(yù)器冷段是尾部煙道受熱面中溫度最低的部分，而發(fā)生泄漏的區(qū)域基本上為低溫空預(yù)器中緊靠外包墻的部分，在額定負(fù)荷工況下，該處的溫度一般為130～140℃，在低負(fù)荷工況下則在120～130℃。由于散熱影響，緊鄰?fù)獍鼔Σ糠值目疹A(yù)器管溫度相對更低，因此最容易發(fā)生低溫腐蝕。

另一方面，SCR脫硝系統(tǒng)中，催化劑中含有的V2O5將煙氣中的SO2轉(zhuǎn)化成SO3的轉(zhuǎn)化率提高，使得煙氣中SO3濃度增大，露點(diǎn)溫度升高[1]；SNCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，噴入爐膛的尿素溶液的水分使煙氣中水蒸氣濃度增大，水蒸氣的分壓力也變大，導(dǎo)致煙氣的酸露點(diǎn)升高[2]。

在此溫度和濕度環(huán)境下，SO2和煙氣中的濕蒸汽生成具有腐蝕性的硫酸蒸汽，附著在空預(yù)器的內(nèi)壁上，發(fā)生腐蝕[3]?？疹A(yù)器腐蝕嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致溫度較低的送風(fēng)漏入煙氣側(cè)，由于送風(fēng)側(cè)的風(fēng)壓高達(dá)3～4 kPa，而低溫空預(yù)器下段入口處的壓力為-1 100～-900 Pa，冷態(tài)工況下的試驗(yàn)表明，漏進(jìn)空預(yù)器管內(nèi)的送風(fēng)分別從空預(yù)器入口和出口兩端出來，在此情況下，從入口端出來的低溫空氣降低了泄漏點(diǎn)周圍煙氣的溫度水平，因此也將加劇附近空預(yù)器管的腐蝕。從停爐后發(fā)現(xiàn)的情況來看，空預(yù)器管漏風(fēng)一般都是相鄰的幾根或十幾根同時(shí)發(fā)生，充分說明了泄漏的“傳染性”。

2.3 煙風(fēng)系統(tǒng)隔板密封不嚴(yán)

煙氣側(cè)和風(fēng)側(cè)之間一般由鋼板分隔，鋼板和承重梁之間通過焊接固定，而管箱之間因考慮膨脹問題不能通過焊接密封，而采取在中間填料、靠上方管箱重量壓實(shí)的方法進(jìn)行密封。在鍋爐啟停以及升降負(fù)荷過程中，由于鋼梁和鋼板的膨脹不一，長時(shí)間運(yùn)行后，焊縫開裂導(dǎo)致部分焊縫出現(xiàn)漏風(fēng)。壓實(shí)的填料在長期運(yùn)行后由于沖刷和霉變等原因而剝落，出現(xiàn)縫隙，導(dǎo)致漏風(fēng)。

2.4 SNCR與SCR運(yùn)行中硫酸氫氨對空預(yù)器管的腐蝕

在SNCR脫硝過程中，由于煙氣中的NH3分布不均勻，且NH3不可能與氮氧化物完全反應(yīng)，因而不可避免地會有逃逸NH3的存在。煙氣在通過SCR系統(tǒng)中的催化劑時(shí)，將進(jìn)一步強(qiáng)化SO2到SO3的轉(zhuǎn)化，形成更多的SO3。在200～290℃的溫度范圍內(nèi)，SO3會與煙氣中的NH3發(fā)生反應(yīng)形成硫酸氫氨，其反應(yīng)式如下[4]：

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

硫酸氫氨易被飛灰吸附，與煙氣中的飛灰粒子相結(jié)合，附著于空預(yù)器傳熱管表面形成融鹽狀的積灰，造成空預(yù)器腐蝕。

2.5 鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致沖刷減薄

鍋爐原設(shè)計(jì)額定出力為410 t/h，后經(jīng)增容改造至450 t/h。冬季高負(fù)荷時(shí)，鍋爐長期在440～450 t/h工況下運(yùn)行，超負(fù)荷工況必然要求更多的給煤量和送風(fēng)量，產(chǎn)生更多的飛灰和煙氣，煙氣流速增大，而管壁的磨損量與煙氣流速的三次方成正比。因此，飛灰增加和煙氣流速增大均導(dǎo)致空預(yù)器管壁磨損減薄加劇。

3 尾部煙道漏風(fēng)防治對策

鍋爐尾部煙道漏風(fēng)治理必須針對不同的漏風(fēng)部位及引起漏風(fēng)的不同原因采取相應(yīng)的對策。

（1）對于外包墻耐火塑料由于沖刷剝落造成的漏風(fēng)，可用耐火塑料重新封堵，由于此處的脫落一般是長期沖刷所致，填補(bǔ)一次可保持幾年內(nèi)不再漏，此方法簡單而且效果良好。對于因鋼板變形產(chǎn)生的縫隙亦可以采用此法封堵。對于非焊接密封處產(chǎn)生的漏點(diǎn)，可以采取擠壓填充石棉布的辦法進(jìn)行密封，對焊縫開裂處則進(jìn)行補(bǔ)焊即可。

（2）對于低溫腐蝕造成的空預(yù)器漏風(fēng)，可以在滿足煤種特性對燃燒溫度要求的前提下，通過適當(dāng)降低一次風(fēng)及二次風(fēng)溫的辦法減少預(yù)熱器換熱量，從而保證煙溫在露點(diǎn)溫度以上。對于低溫空預(yù)器外包墻散熱嚴(yán)重的問題，可以通過加厚保溫層的辦法解決。進(jìn)入冬季后，應(yīng)根據(jù)入口風(fēng)溫提前投入暖風(fēng)機(jī)運(yùn)行，確?？疹A(yù)器入口風(fēng)溫不低于15℃[5]。在投入SNCR運(yùn)行時(shí)，應(yīng)合理控制尿素溶液的濃度，通過不同噴槍的投運(yùn)組合，優(yōu)化運(yùn)行方式，盡量減少尿素溶液噴入量，從而降低煙氣的濕度，提高露點(diǎn)溫度。

（3）盡量減少或避免鍋爐長期在低負(fù)荷或超負(fù)荷工況下運(yùn)行，以避免低負(fù)荷工況下排煙溫度低于露點(diǎn)溫度而造成腐蝕，超負(fù)荷工況下因飛灰和煙氣流速增大而導(dǎo)致空預(yù)器管壁磨損減薄。

（4）在鍋爐運(yùn)行過程中，盡量降低過?？諝饬浚瑴p少煙氣中的過剩氧，以減少SO3的生成量，相應(yīng)地也可以降低煙氣露點(diǎn)溫度，從而減少低溫受熱面腐蝕的可能性。一般情況下，燃燒室過?？諝庀禂?shù)的臨界值約為1.05，低于該值對減少低溫腐蝕有顯著作用。

（5）加強(qiáng)對空預(yù)器的吹灰，既可減少由于NH4HSO4附著在空預(yù)器管表面引起腐蝕，也可減少煙氣阻力，減輕煙氣對空預(yù)器管的磨損減薄。

4 結(jié)語

鍋爐尾部煙道漏風(fēng)有空氣側(cè)漏入和送風(fēng)側(cè)漏入2種情況，漏風(fēng)的原因比較多，造成空預(yù)器管低溫腐蝕的原因除跟包墻保溫以及運(yùn)行工況等有很大的關(guān)系外，SNCR與SCR運(yùn)行產(chǎn)生的NH3HSO4也有一定的影響，而長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行條件下，飛灰以及煙氣流速增加導(dǎo)致管壁減薄也加劇了空預(yù)器的漏風(fēng)。尾部煙道的漏風(fēng)防治不但要對存在的漏點(diǎn)進(jìn)行封堵，還應(yīng)該通過調(diào)整運(yùn)行方式、合理安排運(yùn)行工況等辦法，避免空預(yù)器在過低的溫度條件下運(yùn)行，防止發(fā)生低溫腐蝕和空預(yù)器管的磨損減薄。

[1]李彥，武斌，徐旭常.SO2、SO3和H2O對煙氣露點(diǎn)溫度影響的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997,17（1）：126-130.

[2]賈明生，凌長明.煙氣酸露點(diǎn)溫度的影響因素及其計(jì)算方法[J].工業(yè)鍋爐，2003（6）：31-35.

[3]董建勛，閆冰，趙宗林，等.火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運(yùn)行影響的分析[J].熱力發(fā)電，2007（3）：17-18.

[4]馬雙忱，金鑫，孫云雪，等.SCR煙氣脫硝過程硫酸氫氨的生成機(jī)理與控制[J].熱力發(fā)電，2010（8）：12-17.

[5]李中華，劉洪文.降低排煙溫度減輕低溫腐蝕方法研究[J].節(jié)能技術(shù)，1997（3）：41-43.