空氣預(yù)熱器泄露的原因分析及措施

戚虎

摘 要：中韓石化熱電聯(lián)產(chǎn)裝置三臺(tái)CFB鍋爐于2012年12月、2013年1月份、2013年4月份投用，已經(jīng)運(yùn)行近4年時(shí)間，自2015年6月份開(kāi)始，三臺(tái)CFB鍋爐空氣預(yù)熱器開(kāi)始出現(xiàn)不同程度的泄露，其中1#CFB鍋爐泄露尤其突出，本文對(duì)空預(yù)器泄露的原因進(jìn)行分析，結(jié)合運(yùn)行和檢修經(jīng)驗(yàn)提出一些措施，并對(duì)空預(yù)器的整體更換提出一些材質(zhì)升級(jí)的建議。

關(guān)鍵詞：空氣預(yù)熱器；磨損；低溫腐蝕；

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 布置位置和工藝用途

空氣預(yù)熱器是絕大多數(shù)鍋爐用來(lái)回收利用尾部排煙余熱的換熱器，中韓石化熱電聯(lián)產(chǎn)裝置每臺(tái)CFB鍋爐在豎井煙道尾部省煤器下面設(shè)置有空氣預(yù)熱器，為管式橫向布置，一次送風(fēng)機(jī)和二次送風(fēng)機(jī)出口的冷風(fēng)從空預(yù)器底部進(jìn)入空氣預(yù)熱器管束內(nèi)，經(jīng)與從上而下的煙氣進(jìn)行對(duì)流換熱后，冷風(fēng)被加熱到230℃左右從空預(yù)器頂部排除進(jìn)行爐膛進(jìn)行流化床料和助燃，同時(shí)排煙溫度從320℃左右降至140℃左右。

1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

中韓石化熱電聯(lián)產(chǎn)裝置CFB鍋爐空預(yù)器由5個(gè)箱體組成，每個(gè)箱體又由4個(gè)模塊組成，一共有管束13800根，管束規(guī)格為φ60.3mm*2.9mm，長(zhǎng)度為5694mm，上面四個(gè)箱體材質(zhì)為Q235，下面一個(gè)箱體材質(zhì)為Q335。

2 目前運(yùn)行現(xiàn)狀

熱電聯(lián)產(chǎn)裝置目前三臺(tái)CFB鍋爐空預(yù)器自2015年3月份后都存在一定程度的泄露，其中尤其以1#CFB鍋爐泄露最為嚴(yán)重，在2016年4、5月份的大修期間， 1#爐空預(yù)器打套管1054根，2#爐打套管455根，3#爐打套管390根。而且目前1#CFB鍋爐泄露明顯增大，已經(jīng)制約鍋爐帶負(fù)荷和安全運(yùn)行，計(jì)劃下次檢修期間對(duì)1#CFB鍋爐空預(yù)器下面兩組進(jìn)行更換。下面為1#爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表1）。

根據(jù)上表中運(yùn)行參數(shù)，假設(shè)2014年3月份時(shí)候1#CFB鍋爐空預(yù)器不存在泄露，以此時(shí)運(yùn)行參數(shù)作為參考，可計(jì)算出后期各工況下空預(yù)器漏風(fēng)率為：

2016年大修前：漏風(fēng)率：（369*57.2/52.4-369）/369* 100% = 9.2%。

2016年大修后：漏風(fēng)率：（369*54.2/52.4-369）/369* 100% = 3.4%。

目前工況下：漏風(fēng)率：（369*59.6/52.4-369）/369* 100% = 13.7%。

由此可見(jiàn)1#CFB鍋爐大修期間進(jìn)行打套管封堵措施后，將空預(yù)器漏風(fēng)率由9.2%降低到了3.4%，但是大修后運(yùn)行4個(gè)月時(shí)間后，漏風(fēng)率在急劇加大，目前已經(jīng)達(dá)到13.7%，已經(jīng)開(kāi)始制約鍋爐帶負(fù)荷。在運(yùn)行中可以從多個(gè)參數(shù)反應(yīng)出空氣預(yù)熱器泄露的情況：一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)入口擋板開(kāi)度和電流相應(yīng)增加；引風(fēng)機(jī)入口擋板和電流相應(yīng)增加；空預(yù)器壓降增加；空預(yù)器出口風(fēng)溫降低；排煙溫度降低；風(fēng)室壓力降低；鍋爐床溫上升等。

3 空預(yù)器泄露原因分析

空氣預(yù)熱器是一個(gè)換熱器，管程走了的是空氣，殼程走了的攜帶粉塵的煙氣，運(yùn)行過(guò)程中處于惡劣的環(huán)境，造成空氣預(yù)熱器泄露的原因是多方面的綜合原因造成了，其中主要原因有磨損和低溫腐蝕。

3.1 磨損造成的泄露

中韓石化熱電聯(lián)產(chǎn)裝置三臺(tái)鍋爐在2016年4、5月份大修期間檢查中都發(fā)現(xiàn)有泄露情況，泄露的區(qū)域主要是管箱兩端冷風(fēng)入口處和管箱的角落部位，以及管箱上面兩層管束，泄露的具體位置是管束入口100～200mm位置（見(jiàn)圖2），管束中間部位泄露較少。而且這些泄露的部位都出現(xiàn)管壁外側(cè)減薄的現(xiàn)象，由此可以看出磨損是引起管束泄露的原因。因?yàn)闊煔庵袛y帶大量的粉塵，并以較快的速度（8m/s）與管束發(fā)生摩擦，而且攜帶粉塵的煙氣進(jìn)入管束間隙時(shí)存在非常明顯的氣流集束，并且在管束的端部和角落處會(huì)有渦流現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，因此造成了空氣預(yù)熱器管束磨損減薄直至泄露。

3.2 低溫腐蝕造成的泄露

熱電聯(lián)產(chǎn)裝置每臺(tái)爐空預(yù)器由五組組成，上面四組的材質(zhì)均為Q235，最下面一組的材質(zhì)為Q335GNH，在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮到處在溫度低的一組容易發(fā)生腐蝕，才將材質(zhì)升級(jí)為耐腐蝕材料，Q335GNH相對(duì)于Q235具有一定的耐腐蝕功能。中韓石化三臺(tái)鍋爐全為燃煤鍋爐，煤炭?jī)?nèi)含有一定量的S，燃燒后會(huì)產(chǎn)生流化物，與水汽結(jié)合反映形成硫酸、亞硫酸等酸性物質(zhì)以氣體形式隨煙氣經(jīng)尾部煙道排至后續(xù)的脫硫系統(tǒng)，酸性物質(zhì)的露點(diǎn)一般在100℃～120℃，當(dāng)排煙溫度低于煙氣的露點(diǎn)時(shí)，酸性成分就會(huì)析出附著在空預(yù)器管束表面，直接對(duì)管束造成腐蝕直至穿孔。只要管束某一處發(fā)生泄露，泄露出來(lái)的冷風(fēng)與煙氣混后溫度迅速降低，進(jìn)一步加劇酸性腐蝕，周圍管束將加快泄露，并蔓延開(kāi)來(lái)。

3.3 脫硫脫硝系統(tǒng)的影響

熱電聯(lián)產(chǎn)裝置三臺(tái)CFB鍋爐在2015年新上了三套脫硫脫硝系統(tǒng)，在脫硫脫硝系統(tǒng)建設(shè)前，脫硫采用爐內(nèi)噴石灰石，排煙SO2含量一般控制在200mg/Nm3，脫硫脫硝系統(tǒng)增加后，就停止了爐內(nèi)噴石灰石系統(tǒng)，導(dǎo)致經(jīng)過(guò)空預(yù)器的煙氣SO2含量大幅度增加，一般在800 mg/Nm3，由于煙氣中SO2含量的增加，進(jìn)一步加劇了酸性腐蝕。

脫硝是采用SNCR法，向爐膛內(nèi)噴入5%的尿素溶液，每小時(shí)噴入量約為500kg，溫度約為30℃～50℃，使排煙溫度比原先下降約10℃，也是加劇空預(yù)器低溫腐蝕的原因之一。同時(shí)噴入的尿素溶液不可能完全與煙氣的中的NOx反映，一部分沒(méi)有反映完全的就以氨的形式隨煙氣進(jìn)入尾部煙道（目前熱電聯(lián)產(chǎn)裝置三套脫硝系統(tǒng)氨逃逸在3ppm～5ppm之間）。氨的逃逸造成了一定量硫酸氫氨的生成，硫酸氫氨具有極強(qiáng)的黏附性，牢牢的附著在空預(yù)器管束表面，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，致使管束發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

4 空預(yù)器泄露的措施

4.1 運(yùn)行期間的工藝調(diào)整

①適當(dāng)控制飛灰再循環(huán)進(jìn)入爐膛的量，飛灰再循環(huán)投入過(guò)大，會(huì)提高煙氣里面粉塵的濃度，濃度越高對(duì)空預(yù)器磨損程度越大，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在投用飛灰再循環(huán)時(shí)控制輸送壓力在20kPa以內(nèi)；

②在調(diào)節(jié)過(guò)量燃燒時(shí)，控制好過(guò)剩空氣系數(shù)，煙氣中氧量越大，生產(chǎn)的三氧化硫等硫化物就會(huì)越多，對(duì)管束腐蝕就會(huì)越快，一般控制鍋爐排煙氧含量在3%～3.8%之間；

③在氣溫低的時(shí)候及時(shí)投用暖風(fēng)器，保證空預(yù)器進(jìn)風(fēng)溫度在30℃以上，提高進(jìn)入空預(yù)器的進(jìn)風(fēng)溫度，降低冷風(fēng)端的低溫腐蝕；

④脫硝系統(tǒng)在確保外排煙氣NOx達(dá)標(biāo)的前提下，盡可能的控制工藝參數(shù)在上限運(yùn)行，降低向爐內(nèi)噴入尿素的量，從而降低氨逃逸量，降低空預(yù)器腐蝕速度。

4.2 空預(yù)器泄露后的處理措施

①空預(yù)器泄露后，只能在停爐期間進(jìn)行處理，如果泄露發(fā)生在中間部位，且總泄露量小于總換熱面積的5%，可以采取封堵措施，直接將泄露的管兩端封堵（見(jiàn)附圖1）；

②如果泄露是發(fā)生在管束入口端部，可以采取打套管的措施，向泄露的管內(nèi)打入管徑小的一段管，將泄露部位擋住，打入套管的長(zhǎng)度視泄露位置而定，一般為150mm～800mm不等（見(jiàn)附圖2）。中韓石化1#爐空預(yù)器打套管1054根，2#爐打套管455根，3#爐打套管390根；

③在空預(yù)器端部和角落處增加防磨瓦，阻止或者減緩煙氣在局部位置形成渦流；

④如果泄露嚴(yán)重，漏風(fēng)率大于15%，對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行建議只能整個(gè)模塊進(jìn)行更換。

4.3 對(duì)空預(yù)器材質(zhì)升級(jí)的建議

本文3.1中描述，根據(jù)多次檢修期間檢查的情況發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器泄露的主要部位為：每組管箱上面兩層管束和靠近墻壁角落部位，見(jiàn)附圖3紅色管束，以及兩端冷風(fēng)進(jìn)口部位。導(dǎo)致管箱上面兩層管束和靠近墻壁角落部位泄露的主要原因是磨損，在原設(shè)計(jì)時(shí)就考慮將每組管箱最上一層管束加裝了防磨片。

中韓石化熱電聯(lián)產(chǎn)裝置計(jì)劃對(duì)空預(yù)器下面兩組泄露比較嚴(yán)重的進(jìn)行更換，初步計(jì)算更換期間需停爐40天左右，給公司帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)檢修期間也對(duì)全廠造成較大的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。很多兄弟單位為了延長(zhǎng)空預(yù)器的使用壽命對(duì)下面兩組空預(yù)器都采取材質(zhì)升級(jí)，一般升級(jí)后的材質(zhì)選用ND鋼的較多，ND鋼具有一定的防磨和放腐蝕功能，但是ND鋼的價(jià)格約為Q355的兩倍，成本較大。為了做到既經(jīng)濟(jì)又能達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的效果，并結(jié)合運(yùn)行中實(shí)際現(xiàn)象，建議對(duì)容易發(fā)生泄露區(qū)域的管束進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)，對(duì)每組管箱上兩層和靠近墻壁的兩層，以及最底層管束進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)，選用ND鋼。按照此方案，每組管箱需要材質(zhì)升級(jí)的管束只有429根，占全部管束的15.5，可大幅度降低成本，但同樣能取到延長(zhǎng)設(shè)備壽命的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

引起鍋爐空預(yù)器泄露的原因是多方面的，而且各種因素之間是相互影響和疊加的，在平常生產(chǎn)運(yùn)行中，我們要通過(guò)精細(xì)化操作，盡可能的減緩空預(yù)器的穿孔泄露，并通過(guò)一些措施延長(zhǎng)空預(yù)器的使用壽命，增加系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]岑可法，等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.