空預(yù)器蓄熱元件異常損壞原因分析及預(yù)防措施

引言

某2×660Mw超臨界直接空冷機(jī)組鍋爐采用東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG2100/25.4-I型超臨界變壓直流爐,為采用前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的Ⅱ型爐。每臺鍋爐配備兩臺豪頓華工程公司設(shè)計制造的三分倉空預(yù)器,空預(yù)器型號為32.5VN2050。該空預(yù)器蓄熱元件為三層布置,熱端:高750mm,厚0.5mm,低碳鋼:中溫段:高1000mm,厚0.5mm,低碳鋼:冷端:高300mm,厚0.8mm,考登鋼。換熱元件傳熱總表面積為121668m2,空預(yù)器轉(zhuǎn)子分為48隔倉。該廠在2012年進(jìn)行脫硝裝置改造后,同時對該空預(yù)器的冷、熱端蓄熱元件進(jìn)行了更換改造。改造后,熱端:高300mm,厚0.5mm,低碳鋼:中溫段:高1000mm,厚0.5mm,低碳鋼:冷端:高850mm,厚0.8mm,鍍搪瓷。該廠長期燃煤煤質(zhì)灰分為35%,硫分為1.0%。

2017年11月,在#1機(jī)組連續(xù)運(yùn)行330天停機(jī)后,發(fā)現(xiàn)空預(yù)器蓄熱元件存在非正常損壞現(xiàn)象:

(1)熱端蓄熱元件損壞:蓄熱片成片松散、碎裂、大面積塌陷,且大部分元件頂部有密密麻麻的直徑2~5mm的小眼,外側(cè)密封片大部分有彎曲、折斷現(xiàn)象,熱端部分元件有高溫過火現(xiàn)象。

(2)冷端蓄熱元件損壞:元件底部約5cm內(nèi)出現(xiàn)大面積破碎、斷裂和小眼,A空預(yù)器外緣元件盒有多處塌陷,大部分密封片缺失。

損壞情況如圖1、圖2所示。

圖1高溫段元件大面積塌陷

圖2低溫段元件部分塌陷、斷裂

1空預(yù)器蓄熱元件損壞原因分析

1.1損壞前空預(yù)器的運(yùn)行情況

#1機(jī)組停運(yùn)前,滿負(fù)荷時A側(cè)空預(yù)器差壓為1.76kPa,B側(cè)空預(yù)器差壓為2.18kPa,空預(yù)器漏風(fēng)率達(dá)17%?？疹A(yù)器吹灰器運(yùn)行方式:吹灰器提升閥后壓力為1.2MPa,疏水溫度達(dá)到250℃時進(jìn)行吹灰,冷端隔3h一次,熱端隔4h一次:周六、周日冷端連續(xù)吹掃,熱端3h一次。冬季運(yùn)行時,空預(yù)器冷端綜合溫度控制在148℃。

1.2脫硝系統(tǒng)對空預(yù)器的影響

在脫硝過程中,由于氨的不完全反應(yīng),氨逃逸是難免的,因此煙氣中的so3與煙氣中逃逸的氨反應(yīng),產(chǎn)生硫酸氫氨和硫酸銨。硫酸氫氨的形成取決于溫度、反應(yīng)物的濃度和比例等因素。

硫酸氫氨的露點為147℃,其以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散于煙氣中。液態(tài)的硫酸氫氨是一種黏性很強(qiáng)的物質(zhì),在煙氣中會粘附飛灰。硫酸氫氨在低溫下具有吸濕性,當(dāng)從煙氣中吸水后會造成設(shè)備腐蝕。硫酸氫氨的沉積過程是可逆的,當(dāng)運(yùn)行溫度提升到酸露點以上時硫酸氫氨將蒸發(fā),但運(yùn)行溫度長期低于其露點時將導(dǎo)致堵塞,即使將運(yùn)行溫度提升至露點以上也不能將其蒸發(fā),一般在低于其露點溫度以下的連續(xù)運(yùn)行時間必須在300h以內(nèi)。

當(dāng)煙氣溫度低于200℃時,煙氣中的硫酸氫氨會在空預(yù)器冷端蓄熱元件上凝固,造成空預(yù)器冷端結(jié)垢,進(jìn)而影響空預(yù)器的正常運(yùn)行。另外,硫酸氫氨本身對金屬有較強(qiáng)的腐蝕性,會造成空預(yù)器冷端腐蝕。

1.3漏風(fēng)率對空預(yù)器的影響

空預(yù)器漏風(fēng)率大將導(dǎo)致煙氣側(cè)溫度降低,空預(yù)器換熱效率下降?？疹A(yù)器蓄熱元件最低點溫度在煙氣側(cè)與一次風(fēng)側(cè)交接處,此處漏風(fēng)最多且漏風(fēng)越大,煙氣溫度下降最多,在煙氣漏點溫度一定的情況下,空預(yù)器低溫腐蝕將會加劇。

1.4煙氣流量、流速對空預(yù)器的影響

在空預(yù)器蓄熱元件受到嚴(yán)重污染(積灰、腐蝕等)發(fā)生不均勻堵塞后,會造成轉(zhuǎn)子換熱流通面上多處流道受阻,煙氣流通不均勻。堵塞較輕的部位流量成倍增大,由于較大的煙氣流量攜帶大量飛灰,在相對較高的流速作用下,該部位將受到更強(qiáng)的沖刷磨損。堵塞較輕的部位在旋轉(zhuǎn)至空氣側(cè)時,冷風(fēng)流量也成倍增加,蓄熱元件得到較強(qiáng)的冷卻,在交變熱應(yīng)力的作用下元件盒內(nèi)蓄熱片強(qiáng)度下降,蓄熱片金屬表面產(chǎn)生裂紋,進(jìn)而元件盒內(nèi)緊力消失,蓄熱片松散。在外力作用下如蒸汽吹灰造成蓄熱片進(jìn)一步變形、碎裂、坍塌,損壞后的元件不能得到及時更換,碎裂的大部分碎片將下移,進(jìn)一步造成元件盒松散:下移的碎片集中到熱端與中間層之間的空隙內(nèi),會使該部位流通能力下降,引發(fā)新的堵塞,造成損壞范圍的擴(kuò)展。這是熱端蓄熱片損壞的主要原因。

1.5吹灰對空預(yù)器的影響

在蒸汽吹灰時,蒸汽射流會對蓄熱元件產(chǎn)生沖擊。當(dāng)吹灰壓力和溫度在正常值范圍內(nèi)時,換熱元件本身的壓緊力可以抵御蒸汽射流引起的振動和疲勞破壞:但如果蒸汽吹灰壓力過高,則過高能量的蒸汽射流對換熱元件的脈沖振動和疲勞破壞程度也很高,作用在換熱元件片上的劇烈振動有足夠能量超出其壓緊力并使其接觸力降低,進(jìn)一步使換熱元件片出現(xiàn)劇烈晃動,并在強(qiáng)有力的吹灰射流作用下躥動滑移。換熱元件片之間的壓緊力一旦失去,元件包內(nèi)的波紋板也將經(jīng)歷更大的壓力脈沖振動而被破壞,單片波紋板的移位也將進(jìn)一步加劇,直至換熱元件產(chǎn)生碎片,并開始從元件盒中掉落。另外,在吹灰器時投入時,不可避免地會產(chǎn)生凝結(jié)水,在高速氣流的攜帶下會對換熱元件造成類似氣蝕的沖擊損壞。

綜上幾點,結(jié)合該廠實際運(yùn)行情況,分析空預(yù)器蓄熱元件損壞的主要原因:燃料中硫分、灰分含量大,加裝脫硝后更多的s02轉(zhuǎn)化為s03,導(dǎo)致煙氣露點溫度下降,產(chǎn)生的硫酸蒸汽和硫酸氫氨粘結(jié)在空預(yù)器冷端蓄熱元件上,使空預(yù)器積灰并且部分流道堵塞,煙氣流量不均造成蓄熱元件熱疲勞損壞。另外,空預(yù)器差壓增大后,提高了空預(yù)器吹灰頻率,吹灰進(jìn)一步加劇了蓄熱元件的疲勞損壞。

2預(yù)防措施

(1)控制脫硝氨逃逸率不大于1μL/L。通過查找資料:當(dāng)氨逃逸率小于1μL/L時,硫酸氫氨生成量很少:當(dāng)氨逃逸率增加到2μL/L時,空預(yù)器運(yùn)行半年后其阻力增加約30%:若氨逃逸率增加到3μL/L,空預(yù)器運(yùn)行半年后其阻力增加約50%。

(2)合理控制運(yùn)行氧量,減小爐膛、尾部煙道漏風(fēng)。在50%~100%BMCR工況下,鍋爐運(yùn)行氧量應(yīng)控制在3%~6%,特別是低負(fù)荷時,不得大于6%。

(3)提高空預(yù)器冷端綜合溫度。因硫酸氫氨的露點溫度為147℃,應(yīng)控制空預(yù)器冷端綜合溫度比露點溫度高10℃左右,按照我廠硫分在1.0%左右計,應(yīng)控制冷端綜合溫度在157℃。

(4)空預(yù)器吹灰頻率調(diào)整為4h一次,疏水溫度調(diào)整至300℃以上。吹灰過程中吹灰器疏水閥前溫度低于260℃時,停止吹灰,繼續(xù)疏水至300℃以上。利用檢修機(jī)會對空預(yù)器吹灰疏水系統(tǒng)管路進(jìn)行改造,保證疏水暢通。

(5)對空預(yù)器高壓水沖洗裝置進(jìn)行試驗,在運(yùn)行中差壓超過50%時,對空預(yù)器進(jìn)行高壓水沖洗。

(6)對空預(yù)器密封系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,減小空預(yù)器漏風(fēng)率,以減小漏風(fēng)對空預(yù)器的影響。對損壞的蓄熱元件進(jìn)行更換。

2結(jié)語

該廠空預(yù)器蓄熱元件損壞后,制定了合理的預(yù)防措施。從機(jī)組檢修后半年的運(yùn)行情況看,滿負(fù)荷時空預(yù)器運(yùn)行差壓穩(wěn)定在1.5kPa,運(yùn)行情況得到極大的改善,達(dá)到了安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。