發(fā)電廠(chǎng)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)及其煙道低溫腐蝕分析與控制

陳建江，童家麟

（1.華能?chē)?guó)際電力股份有限公司玉環(huán)電廠(chǎng)，浙江 玉環(huán) 317604；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

我國(guó)煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比重約70%，其中50%被電力、熱力生產(chǎn)與供應(yīng)企業(yè)所消耗，煤炭有效安全利用是火電企業(yè)自始至終關(guān)注的問(wèn)題。煤炭作為有多種金屬、非金屬元素，多種無(wú)機(jī)物、有機(jī)物組成的混合物，其燃燒產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)非常復(fù)雜，因此燃煤鍋爐安全運(yùn)行管理任務(wù)艱巨。近年來(lái)，隨著節(jié)能減排技術(shù)的推廣和國(guó)家環(huán)保要求的提高，鍋爐排煙余熱利用日益受到發(fā)電企業(yè)關(guān)注，一般認(rèn)為排煙溫度每降低10℃，可提高鍋爐效率0.5%～0.7%[1-3]。

鍋爐排煙溫度控制在我國(guó)大致經(jīng)歷了2個(gè)階段：第一個(gè)階段從經(jīng)濟(jì)性考慮，在保證空預(yù)器等尾部傳熱元件不發(fā)生腐蝕情況下，最大限度降低煙氣溫度，這個(gè)溫度根據(jù)工程實(shí)踐，一般控制在120℃左右；第二個(gè)階段為了滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)提高需要，低低溫靜電除塵器被廣泛采用，同時(shí)，低溫省煤器等節(jié)能設(shè)備的大量利用，使得鍋爐排煙溫度進(jìn)一步降低到90℃[4-5]。但鍋爐排煙溫度的大幅降低，帶來(lái)了鍋爐尾部設(shè)備腐蝕損壞風(fēng)險(xiǎn)增加的問(wèn)題，其中尾部煙道煙氣低溫腐蝕是近年來(lái)發(fā)生頻率較高且嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行的問(wèn)題之一[6-7]。煙氣低溫腐蝕是指：煙氣硫酸蒸汽在煙氣溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí)，凝結(jié)到受熱面、煙道等金屬表面，引起設(shè)備表面腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致受熱面壁厚減薄直至失效損壞。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)尾部煙道低溫腐蝕問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究，對(duì)腐蝕機(jī)理和預(yù)防措施等提出了很多有意義的結(jié)論。趙國(guó)威等[8]針對(duì)鍋爐煙道低溫腐蝕的情況，提出了通過(guò)控制入爐煤含硫量、合理配風(fēng)等手段，降低酸露點(diǎn)溫度，防止受熱面低溫腐蝕。曹艷等[9]提出了鄰汽加熱啟動(dòng)技術(shù)、彈性回?zé)峒夹g(shù)、廣義回?zé)峒夹g(shù)等，較大程度上提高了鍋爐尾部煙道抗低溫腐蝕的性能。王利[10]通過(guò)對(duì)尾部煙道管道、設(shè)備等采用外包扎保溫材料的方法，有效緩解了低溫腐蝕問(wèn)題。但以前國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究主要著眼于設(shè)備改造等，在現(xiàn)有設(shè)備狀態(tài)下通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化來(lái)緩解低溫腐蝕進(jìn)程則鮮有報(bào)道。因此，本文以某超超臨界鍋爐為研究對(duì)象，通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化有效改善了電動(dòng)引風(fēng)機(jī)及其煙道的低溫腐蝕現(xiàn)象，以期為同類(lèi)型鍋爐控制低溫腐蝕提供參考。

1 研究對(duì)象概況

某發(fā)電廠(chǎng)共有4臺(tái)1 000 MW超超臨界機(jī)組，其中，3號(hào)鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用Π型布置、單爐膛、露天布置、全懸吊結(jié)構(gòu)，反向雙切圓墻式燃燒方式。原配置2臺(tái)50%BMCR（鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量）電動(dòng)引風(fēng)機(jī)，2014年進(jìn)行了汽動(dòng)聯(lián)合引風(fēng)機(jī)改造，將原來(lái)的電動(dòng)引風(fēng)機(jī)和電動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)合并運(yùn)行，改造成汽動(dòng)聯(lián)合引風(fēng)機(jī)，由背壓式調(diào)速汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，并配套備用電動(dòng)引風(fēng)機(jī)，以縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，可在4臺(tái)機(jī)組全停情況下，滿(mǎn)足機(jī)組正常啟動(dòng)。

引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并運(yùn)行后，節(jié)能效果明顯，原引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不協(xié)調(diào)問(wèn)題也得到了有效改善。圖1為改造后引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)日常運(yùn)行狀態(tài)。日常運(yùn)行中，2臺(tái)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，電動(dòng)引風(fēng)機(jī)備用。但改造2年后，發(fā)現(xiàn)備用電動(dòng)引風(fēng)機(jī)煙道發(fā)生了嚴(yán)重的低溫腐蝕現(xiàn)象，圖2所示為電動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉和煙道的腐蝕現(xiàn)場(chǎng)情況。由圖2可知，電動(dòng)引風(fēng)機(jī)低溫腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重，腐蝕產(chǎn)物大致呈顆粒狀，并已有脫落跡象，腐蝕液也已外流。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室分析，淺黃色腐蝕產(chǎn)物主要為FeSO4·H2O，這是由于煙氣中硫酸蒸汽與水蒸汽遇冷凝結(jié)后混合產(chǎn)生的稀硫酸溶液與Fe發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生的[11]。究其原因，與電動(dòng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)口擋板式關(guān)斷門(mén)關(guān)閉時(shí)存在輕微泄漏，同時(shí)出口關(guān)斷式隔絕門(mén)關(guān)閉時(shí)較為嚴(yán)密有關(guān)。在鍋爐運(yùn)行時(shí)，C電動(dòng)引風(fēng)機(jī)煙道內(nèi)部充滿(mǎn)煙氣，煙道內(nèi)煙氣由于處于靜止?fàn)顟B(tài)，得不到對(duì)流換熱，煙道內(nèi)煙氣慢慢冷卻，煙氣中硫酸蒸汽由于其露點(diǎn)溫度較水蒸氣溫度高而首先凝結(jié)，濃硫酸不與Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以不會(huì)引起煙道和風(fēng)機(jī)腐蝕，但隨著煙氣溫度的降低，煙氣中的水蒸氣也開(kāi)始凝結(jié)。濃硫酸與凝結(jié)水混合，化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，變成酸性極強(qiáng)的稀硫酸，與Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由于其他金屬離子的存在，在發(fā)生置換反應(yīng)的同時(shí)，也發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生煙道低溫腐蝕。因此，有必要在現(xiàn)有設(shè)備條件下優(yōu)化運(yùn)行，以控制低溫腐蝕速度。

圖1 改造后的引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)日常運(yùn)行狀態(tài)

圖2 引風(fēng)機(jī)靜葉和煙道腐蝕現(xiàn)場(chǎng)情況

2 運(yùn)行優(yōu)化方案

2.1 可能存在的問(wèn)題

若取消電動(dòng)引風(fēng)機(jī)，雖然可以避免引風(fēng)機(jī)煙道的低溫腐蝕，但可能存在以下問(wèn)題：

（1）機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，由于汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)進(jìn)汽和排汽管道需要暖管疏水，造成鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間推遲，機(jī)組整體啟動(dòng)時(shí)間增加[12]。

（2）若4臺(tái)機(jī)組全停，則機(jī)組無(wú)法正常啟動(dòng)。

（3）在1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行、多臺(tái)機(jī)組需要同時(shí)啟動(dòng)的情況下，各臺(tái)引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)耗汽總量過(guò)大，導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組補(bǔ)水不足。

（4）若使用臨機(jī)汽源啟動(dòng)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)，在小汽輪機(jī)汽源切換過(guò)程中，2路汽源溫度、壓力有較大偏差，會(huì)造成引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)應(yīng)力大幅變化，對(duì)引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)的壽命和安全運(yùn)行有一定影響。

（5）RB（故障減負(fù)荷）工況下，若跳閘汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)無(wú)法立即恢復(fù)，取消電動(dòng)引風(fēng)機(jī)后，會(huì)限制機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度。

2.2 主要治理方案

電動(dòng)引風(fēng)機(jī)還可作為汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)備用。綜上，保留電動(dòng)引風(fēng)機(jī)使得機(jī)組運(yùn)行方式更加靈活多樣，同時(shí)提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。因此，如何降低電動(dòng)引風(fēng)機(jī)低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)是本文下一步的重點(diǎn)研究方向。對(duì)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的主要治理方案有以下2個(gè)思路：

（1）將引風(fēng)機(jī)存在泄漏的風(fēng)門(mén)進(jìn)行密封，增設(shè)引風(fēng)機(jī)密封風(fēng)系統(tǒng)。該思路的原理是通過(guò)密封風(fēng)的壓力，阻止煙氣進(jìn)入電動(dòng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口風(fēng)門(mén)段煙道。但該方法下仍有一定量的殘余煙氣留在風(fēng)機(jī)煙道內(nèi)，需對(duì)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)入口進(jìn)氣箱、集流器、靜葉調(diào)整擋板、風(fēng)機(jī)殼體、主軸護(hù)套、聯(lián)軸器、葉輪、煙道內(nèi)支撐、后導(dǎo)葉、擴(kuò)壓器等內(nèi)部設(shè)備噴砂除銹、防腐噴涂油漆，使得設(shè)備具備一定防腐能力。

（2）提高電動(dòng)引風(fēng)機(jī)煙道溫度，若煙道能保持適當(dāng)溫度，則可避免煙氣冷卻凝結(jié)。加熱煙道有熱風(fēng)加熱和建立引風(fēng)機(jī)微循環(huán)2種方法。通過(guò)熱風(fēng)加熱，即從熱二次風(fēng)或熱一次風(fēng)中抽取熱風(fēng)對(duì)引風(fēng)機(jī)煙道加熱，若要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，則需另外布置煙道，此方案不但需要較大的施工和材料費(fèi)用，而且需要結(jié)合機(jī)組檢修進(jìn)行施工，實(shí)施過(guò)程時(shí)間非常長(zhǎng)。建立電動(dòng)引風(fēng)機(jī)微循環(huán)時(shí)，通過(guò)微開(kāi)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)出口電動(dòng)擋板門(mén)建立微循環(huán)，以保持引風(fēng)機(jī)煙道在一定溫度以上。圖3為2臺(tái)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)與電動(dòng)引風(fēng)機(jī)微循環(huán)示意圖。

2.3 方案比較

與其他方案相比，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)與電動(dòng)引風(fēng)機(jī)建立微循環(huán)的方案有以下優(yōu)勢(shì)：

圖3 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)和電動(dòng)引風(fēng)機(jī)微循環(huán)示意

（1）沒(méi)有設(shè)備投入和設(shè)備檢修維護(hù)工作量。

（2）可利用調(diào)停機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)施，實(shí)施過(guò)程簡(jiǎn)便，起效快速，并可長(zhǎng)久保持。

（3）維持煙氣微循環(huán)，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)需要額外增加一定蒸汽量，但用量較小，相對(duì)方案一，使用蒸汽量大為減小，并可節(jié)省防腐風(fēng)機(jī)電耗。

綜上，建立微循環(huán)的方案優(yōu)勢(shì)明顯，但若要達(dá)到緩解低溫腐蝕的目的，還需對(duì)煙道溫度和煙氣酸露點(diǎn)溫度進(jìn)行計(jì)算比較[13-15]。煙道溫度過(guò)高，可保證煙道不發(fā)生腐蝕，但會(huì)增加汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)耗汽量；煙道溫度過(guò)低，達(dá)不到控制低溫腐蝕的目的。特定煤種的煙氣酸露點(diǎn)溫度可由以下公式計(jì)算得到：

其中，

式中：tld為煙氣中的水蒸氣露點(diǎn)；Sar為燃料的收到基硫分；Aar為燃料的收到基灰分；Qar，net為燃料的收到基低位發(fā)熱量；αfh為飛灰占總灰中的份額，計(jì)算中取90%。

表1為該發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)煤種和幾個(gè)常用煤種的煤質(zhì)分析。經(jīng)計(jì)算得到，在設(shè)計(jì)煤種、俄羅斯煤、澳煤、神混煤下的煙氣酸露點(diǎn)溫度分別為70.8℃，75.2℃，74.1℃和74.8℃，因此，若可保持電動(dòng)引風(fēng)機(jī)內(nèi)煙氣溫度高于75℃，則可在較大程度上緩解低溫腐蝕進(jìn)程。在2016年機(jī)組檢修中，對(duì)出口關(guān)斷式隔絕門(mén)進(jìn)行了重新定位，完成了電動(dòng)引風(fēng)機(jī)煙道微循環(huán)建立。表2為煙道微循環(huán)建立后電動(dòng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)出煙道的實(shí)測(cè)煙氣溫度。由表2可知，煙道微循環(huán)建立后可保持電動(dòng)引風(fēng)機(jī)煙道內(nèi)煙氣溫度在75℃～80℃，絕大多數(shù)區(qū)域略高于煙氣酸露點(diǎn)溫度。圖4為2018年停機(jī)檢查時(shí)的電動(dòng)引風(fēng)機(jī)煙道和靜葉狀態(tài)。由圖4可知，通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化后，引風(fēng)機(jī)煙道、靜葉、引風(fēng)機(jī)葉輪及聯(lián)軸器相關(guān)部件腐蝕現(xiàn)象均不明顯，低溫腐蝕現(xiàn)象得到了有效緩解。

表1 設(shè)計(jì)煤種和幾個(gè)常用煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)（收到基）

表2 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口煙道實(shí)測(cè)煙氣溫度℃

圖4 運(yùn)行優(yōu)化后電動(dòng)引風(fēng)機(jī)煙道和靜葉狀態(tài)

3 結(jié)語(yǔ)

鍋爐排煙溫度的降低，使得尾部煙道設(shè)備低溫腐蝕日益成為影響鍋爐安全運(yùn)行的掣肘。對(duì)某超超臨界鍋爐備用電動(dòng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行微循環(huán)建立，可保持電動(dòng)引風(fēng)機(jī)內(nèi)煙氣溫度在75℃～80℃，絕大多數(shù)區(qū)域略高于該鍋爐設(shè)計(jì)煤種和常用煤種的煙氣酸露點(diǎn)溫度。運(yùn)行結(jié)果表明，低溫腐蝕現(xiàn)象得到了有效緩解，取得了良好的效果。