空预器蓄热元件异常损坏原因分析及预防措施

引言

某2×660Mw超临界直接空冷机组锅炉采用东方锅炉厂生产的DG2100/25.4-I型超临界变压直流炉,为采用前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的Ⅱ型炉。每台锅炉配备两台豪顿华工程公司设计制造的三分仓空预器,空预器型号为32.5VN2050。该空预器蓄热元件为三层布置,热端:高750mm,厚0.5mm,低碳钢:中温段:高1000mm,厚0.5mm,低碳钢:冷端:高300mm,厚0.8mm,考登钢。换热元件传热总表面积为121668m2,空预器转子分为48隔仓。该厂在2012年进行脱硝装置改造后,同时对该空预器的冷、热端蓄热元件进行了更换改造。改造后,热端:高300mm,厚0.5mm,低碳钢:中温段:高1000mm,厚0.5mm,低碳钢:冷端:高850mm,厚0.8mm,镀搪瓷。该厂长期燃煤煤质灰分为35%,硫分为1.0%。

2017年11月,在#1机组连续运行330天停机后,发现空预器蓄热元件存在非正常损坏现象:

(1)热端蓄热元件损坏:蓄热片成片松散、碎裂、大面积塌陷,且大部分元件顶部有密密麻麻的直径2~5mm的小眼,外侧密封片大部分有弯曲、折断现象,热端部分元件有高温过火现象。

(2)冷端蓄热元件损坏:元件底部约5cm内出现大面积破碎、断裂和小眼,A空预器外缘元件盒有多处塌陷,大部分密封片缺失。

损坏情况如图1、图2所示。

图1高温段元件大面积塌陷

图2低温段元件部分塌陷、断裂

1空预器蓄热元件损坏原因分析

1.1损坏前空预器的运行情况

#1机组停运前,满负荷时A侧空预器差压为1.76kPa,B侧空预器差压为2.18kPa,空预器漏风率达17%。空预器吹灰器运行方式:吹灰器提升阀后压力为1.2MPa,疏水温度达到250℃时进行吹灰,冷端隔3h一次,热端隔4h一次:周六、周日冷端连续吹扫,热端3h一次。冬季运行时,空预器冷端综合温度控制在148℃。

1.2脱硝系统对空预器的影响

在脱硝过程中,由于氨的不完全反应,氨逃逸是难免的,因此烟气中的so3与烟气中逃逸的氨反应,产生硫酸氢氨和硫酸铵。硫酸氢氨的形成取决于温度、反应物的浓度和比例等因素。

硫酸氢氨的露点为147℃,其以液体形式在物体表面聚集或以液滴形式分散于烟气中。液态的硫酸氢氨是一种黏性很强的物质,在烟气中会粘附飞灰。硫酸氢氨在低温下具有吸湿性,当从烟气中吸水后会造成设备腐蚀。硫酸氢氨的沉积过程是可逆的,当运行温度提升到酸露点以上时硫酸氢氨将蒸发,但运行温度长期低于其露点时将导致堵塞,即使将运行温度提升至露点以上也不能将其蒸发,一般在低于其露点温度以下的连续运行时间必须在300h以内。

当烟气温度低于200℃时,烟气中的硫酸氢氨会在空预器冷端蓄热元件上凝固,造成空预器冷端结垢,进而影响空预器的正常运行。另外,硫酸氢氨本身对金属有较强的腐蚀性,会造成空预器冷端腐蚀。

1.3漏风率对空预器的影响

空预器漏风率大将导致烟气侧温度降低,空预器换热效率下降。空预器蓄热元件最低点温度在烟气侧与一次风侧交接处,此处漏风最多且漏风越大,烟气温度下降最多,在烟气漏点温度一定的情况下,空预器低温腐蚀将会加剧。

1.4烟气流量、流速对空预器的影响

在空预器蓄热元件受到严重污染(积灰、腐蚀等)发生不均匀堵塞后,会造成转子换热流通面上多处流道受阻,烟气流通不均匀。堵塞较轻的部位流量成倍增大,由于较大的烟气流量携带大量飞灰,在相对较高的流速作用下,该部位将受到更强的冲刷磨损。堵塞较轻的部位在旋转至空气侧时,冷风流量也成倍增加,蓄热元件得到较强的冷却,在交变热应力的作用下元件盒内蓄热片强度下降,蓄热片金属表面产生裂纹,进而元件盒内紧力消失,蓄热片松散。在外力作用下如蒸汽吹灰造成蓄热片进一步变形、碎裂、坍塌,损坏后的元件不能得到及时更换,碎裂的大部分碎片将下移,进一步造成元件盒松散:下移的碎片集中到热端与中间层之间的空隙内,会使该部位流通能力下降,引发新的堵塞,造成损坏范围的扩展。这是热端蓄热片损坏的主要原因。

1.5吹灰对空预器的影响

在蒸汽吹灰时,蒸汽射流会对蓄热元件产生冲击。当吹灰压力和温度在正常值范围内时,换热元件本身的压紧力可以抵御蒸汽射流引起的振动和疲劳破坏:但如果蒸汽吹灰压力过高,则过高能量的蒸汽射流对换热元件的脉冲振动和疲劳破坏程度也很高,作用在换热元件片上的剧烈振动有足够能量超出其压紧力并使其接触力降低,进一步使换热元件片出现剧烈晃动,并在强有力的吹灰射流作用下蹿动滑移。换热元件片之间的压紧力一旦失去,元件包内的波纹板也将经历更大的压力脉冲振动而被破坏,单片波纹板的移位也将进一步加剧,直至换热元件产生碎片,并开始从元件盒中掉落。另外,在吹灰器时投入时,不可避免地会产生凝结水,在高速气流的携带下会对换热元件造成类似气蚀的冲击损坏。

综上几点,结合该厂实际运行情况,分析空预器蓄热元件损坏的主要原因:燃料中硫分、灰分含量大,加装脱硝后更多的s02转化为s03,导致烟气露点温度下降,产生的硫酸蒸汽和硫酸氢氨粘结在空预器冷端蓄热元件上,使空预器积灰并且部分流道堵塞,烟气流量不均造成蓄热元件热疲劳损坏。另外,空预器差压增大后,提高了空预器吹灰频率,吹灰进一步加剧了蓄热元件的疲劳损坏。

2预防措施

(1)控制脱硝氨逃逸率不大于1μL/L。通过查找资料:当氨逃逸率小于1μL/L时,硫酸氢氨生成量很少:当氨逃逸率增加到2μL/L时,空预器运行半年后其阻力增加约30%:若氨逃逸率增加到3μL/L,空预器运行半年后其阻力增加约50%。

(2)合理控制运行氧量,减小炉膛、尾部烟道漏风。在50%~100%BMCR工况下,锅炉运行氧量应控制在3%~6%,特别是低负荷时,不得大于6%。

(3)提高空预器冷端综合温度。因硫酸氢氨的露点温度为147℃,应控制空预器冷端综合温度比露点温度高10℃左右,按照我厂硫分在1.0%左右计,应控制冷端综合温度在157℃。

(4)空预器吹灰频率调整为4h一次,疏水温度调整至300℃以上。吹灰过程中吹灰器疏水阀前温度低于260℃时,停止吹灰,继续疏水至300℃以上。利用检修机会对空预器吹灰疏水系统管路进行改造,保证疏水畅通。

(5)对空预器高压水冲洗装置进行试验,在运行中差压超过50%时,对空预器进行高压水冲洗。

(6)对空预器密封系统进行调整,减小空预器漏风率,以减小漏风对空预器的影响。对损坏的蓄热元件进行更换。

2结语

该厂空预器蓄热元件损坏后,制定了合理的预防措施。从机组检修后半年的运行情况看,满负荷时空预器运行差压稳定在1.5kPa,运行情况得到极大的改善,达到了安全经济运行的要求。