燃煤鍋爐尾部受熱面改造

吳重科　吳松山　李小剛（中國石油天然氣股份有限公司玉門油田分公司水電廠）

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燃煤鍋爐尾部受熱面改造

吳重科吳松山李小剛（中國石油天然氣股份有限公司玉門油田分公司水電廠）

玉門油田水電廠1#、2#鍋爐（額定蒸發量為220 t/h）運行過程中，過熱蒸汽溫度偏低，嚴重威脅電廠生產安全，排煙溫度高，熱損失大。在環保改造后，無法滿足環保設備運行參數，尾部受熱面低溫腐蝕加劇。通過性能試驗及熱力計算，對鍋爐尾部受熱面進行了改造：增加了低溫過熱器受熱面積；將目前使用的光管式一、二級省煤器，統一更換為傳熱系數高、煙氣側阻力小，占用空間小、防磨損的H型鰭片管式省煤器；將下級空氣預熱器改造為搪瓷管空氣預熱器。成功解決了過熱蒸汽溫度偏低的問題，提高了汽輪機運行安全性和經濟性；解決了1#、2#鍋爐排煙溫度高的問題，鍋爐效率提高了1.99%；滿足了電袋除塵器和SCR脫硝裝置的運行要求，有效地解決了下級空氣預熱器低溫腐蝕和堵灰的問題。

燃煤鍋爐受熱面改造搪瓷管空氣預熱器H型鰭片管式省煤器

玉門水電廠1#、2#鍋爐（六期工程）分別于2006年4月和7月投產。此鍋爐為DG220/9.81-18型高溫高壓煤粉鍋爐，其特點是：單汽包自然循環，燃燒器四角布置切圓燃燒、切圓懸浮燃燒；刮板撈渣機固態連續排渣；π形布置，平衡通風，膜式水冷壁，12個循環回路；瓦斯氣自動點火，混合燃燒；球磨機乏氣送粉倉儲式煤粉爐，鍋爐構架采用全鋼結構、緊身封閉。鍋爐參數如下：額定蒸發量，220t/h；汽包工作壓力，10.96 MPa；過熱蒸汽壓力，9.81 MPa；過熱蒸汽溫度，540℃±5℃。

1　存在問題

鍋爐投產運行以來，存在以下影響鍋爐安全、經濟、穩定運行的問題：

1）由于設備原因，1#、2#鍋爐近幾年一直存在排煙溫度高的問題，實際排煙溫度為170℃，高于設計排煙溫度（128℃）約42℃，造成極大的排煙熱損失。

2）1#、2#鍋爐投運后一直存在過熱蒸汽溫度低，過熱蒸汽的出口溫度設計值為540℃±5℃，實際過熱蒸汽溫度出口平均溫度為525℃，減溫水無法正常投運，嚴重影響汽輪機的經濟、安全運行。

3）為了滿足SCR脫銷改造項目的技術要求，二級省煤器出口溫度必須控制在催化劑效果最佳溫度段350～400℃之間，過高過低都會影響脫銷的效率；而二級省煤器實際出口溫度在472.8℃左右，不能滿足項目要求。

4）為滿足國家和當地相關環境保護法規的要求，水電廠進行六期工程鍋爐（2臺，額定蒸發量為220 t/h）煙氣達標排放改造。為了滿足電袋除塵器的運行要求，使布袋在安全的溫度范圍內，鍋爐需將排煙溫度控制在110～160℃的范圍內；但是，在此溫度范圍內鍋爐下級空氣預熱器容易形成低溫腐蝕。而且，脫銷SCR裝置中存在催化劑（V2O5），在此作用下，煙氣中更多的SO2被SCR裝置中的催化劑轉化為SO3，加劇了空氣預熱器冷端的腐蝕和堵塞；脫銷裝置中逃逸的NH3與SO3反應生成NH4HSO4，從而對下級空氣預熱器造成粘結堵灰和腐蝕。在鍋爐運行過程中，已發現空氣預熱器腐蝕、堵灰嚴重，嚴重影響了鍋爐的經濟、平穩運行。

為了提高鍋爐熱效率，保證汽輪機的安全經濟運行和滿足SCR脫銷改造項目的技術要求，需要對尾部受熱面進行技術改造。

2　解決方案

因受現有煙道空間的限制，改造方案的難度較大，最終通過熱力計算，確認出以下可行性技術方案。

增加低溫過熱器的受熱面，更換一、二級省煤器：由光管式蛇形管省煤器更換為帶鰭片的蛇形管省煤器，并增加了受熱面積［1］；將上級空氣預熱器外移至SCR催化劑層下部，更換下級空氣預熱器：由普通材料更換為耐腐蝕的陶瓷材料。改造前后尾部受熱面布置示意圖如圖1、圖2所示。

圖1　改造前尾部受熱面布置示意圖

圖2　改造后尾部受熱面布置示意圖

2.1低溫過熱器改造

通過核算，解決過熱器溫度偏低的最好方案是增加1圈低溫過熱器，增加過熱器受熱面積113.6 m2，可以使過熱器溫度達到530～545℃。

2.2省煤器改造

根據電廠運行記錄統計均值，二級省煤器前后溫度分別為536.42℃和462.75℃，一級省煤器前后溫度分別為347.8℃和281.6℃。設計計算二級省煤器前后溫度分別為575.8℃和414.4℃，一級省煤器前后溫度分別為307.2℃和252℃；設計計算二級省煤器受熱面積和一級省煤器受熱面積分別為630 m2和731 m2。通過計算，要達到設計值，二級省煤器和一級省煤器受熱面需分別增加295 m2和 208 m2；但由于煙道空間有限，占用部分檢修空間，只能將上、下級省煤器由原來光管式省煤器更換為傳熱系數高的鰭片式省煤器，并增加了受熱面積，以達到排煙溫度降到設計值130℃以內。

2.3空氣預熱器改造

2.3.1腐蝕機理分析

低溫腐蝕是由于燃料中含有S，S燃燒生成SO2（S+O2=SO2），SO2在催化劑的作用下進一步氧化生成SO3（2SO2+O2=2SO3），SO3與煙氣中的水蒸汽生成硫酸蒸汽（SO3+H2O=H2SO4）。硫酸蒸汽的存在使煙氣的露點顯著升高。由于空氣預熱器中空氣的溫度較低，預熱器區段的煙氣溫度不高，壁溫常低于煙氣露點，這樣硫酸蒸汽就會凝結在空氣預熱器受熱面上，造成硫酸腐蝕。

2.3.2影響空氣預熱器低溫腐蝕的幾個因素

1）燃料中含硫量影響。燃料中的硫是形成SO3的根本原因。燃煤中的含硫量較為穩定，但自2012年1#、2#爐瓦斯氣摻燒投運以后，由于瓦斯氣中硫化氫含量的增加，致使煙氣中的SO2含量成倍增加（表1）。

表1　瓦斯摻燒前后SO2含量對照

當煙氣中的SO2含量增加時，形成的SO3也相應增加，致使尾部受熱面酸露點升高，成為低溫腐蝕加劇的因素之一。

2）空氣過熱系數增加。過氧量的存在是促成SO2轉化為SO3的基本條件，空氣過熱系數增加會使火焰中原子氧的含量增加，從而使SO3含量也增加；因此，低氧燃燒是防止低溫腐蝕的有效措施。

3）催化劑影響。當煙氣中Fe2O3或V2O5等催化劑含量增加時，煙氣中的SO3也將增加。2014年，在水電廠進行了煙氣脫硝改造，脫硝SCR裝置中使用的催化劑為V2O5，這將使SO3含量大大增加。

4）脫硝裝置氨逃逸。脫硝過程中逃逸的NH3與SO3反應生成NH4HSO4，NH4HSO4在低溫段空氣預熱器中為液態，且捕捉飛灰的能力極強，會與煙氣中的飛灰顆粒結合，附著于空氣預熱器管壁上，造成空氣預熱器的腐蝕和積灰。

5）受熱面改造。為了滿足電袋除塵器、脫硝催化劑的運行要求，使布袋在安全運行的溫度范圍內，鍋爐需將排煙溫度控制在110～160℃的范圍內；但是，在此溫度范圍內鍋爐下級空氣預熱器的低溫腐蝕將大大加劇。

2.3.3預防腐蝕選擇

1）提高管壁溫度。為了滿足脫硝裝置、電袋除塵器的安全運行，進行了尾部受熱面改造。改造后大大降低了排煙溫度，提高了鍋爐熱效率。為此，提高管壁溫度的措施不適用于該廠。

2）采用低氧燃燒。減少煙氣中的過剩氧，阻止和減少SO2轉變為SO3，也可減少低溫腐蝕。目前，水電廠鍋爐煙氣含氧量實際運行值與設計值偏差不大，以低氧燃燒的措施徹底解決低溫腐蝕不太適合。

3）選用新型材料的空氣預熱器。用耐腐蝕的材料制造空氣預熱器，如采用玻璃管、搪瓷管或用陶瓷材料制作。考慮在排煙溫度合理的情況下，充分利用煙氣余熱，水電廠采用了防止低溫腐蝕的新型空氣預熱器。經咨詢、查閱，耐磨搪瓷管這種新材料既有較好的傳熱效果，又有較好的耐腐蝕、耐磨損性能［2］。

2.3.4搪瓷管材料優點

搪瓷管空氣預熱器與鋼管空氣預熱器比較，主要有3個方面的優點：耐腐蝕，搪瓷管的耐酸度要比金屬管高出數百倍；耐磨損，有關資料證明顯示，搪瓷釉層的維氏硬度HV=652，而金屬Q235A的維氏硬度HV=114，其耐磨性要大大超過金屬管；阻力小、傳熱好，搪瓷管表面絕對粗糙度為0.005 mm，遠小于金屬Q235A。因此，搪瓷管表面光滑，不易沾灰，煙氣流通阻力小，灰污熱阻小，傳熱系數大。

2.3.5搪瓷管空氣預熱器應用

搪瓷管空氣預熱器在水電廠1#、2#鍋爐上的應用，基本緩解了電站鍋爐經脫硝改造后容易出現的低溫段空氣預熱器冷端腐蝕、堵灰現象，這將極大地延長鍋爐使用壽命，提高電廠運行的可靠性。

3　項目經濟效益

1）根據反平衡法［3］，鍋爐效率η=100-q2-q3-q4-q5-q6。式中：q2為排煙損失，%；q3為化學不完全燃燒損失，%；q4為機械不完全燃燒損失，%；q5為鍋爐散熱損失，%；q6為灰渣物理損失和冷卻水熱損失，%。改造前η= 89.63%；改造后η=91.62%，改造前后鍋爐效率提高了1.99%。

2）實際燃料消耗量B為：改造前B=27.97 t/h，改造后B=27.37 t/h。

2臺鍋爐每年可節約原煤10 512 t。按原煤單價360元/t計算，年節約資金約378.4萬元。

4　結束語

通過對1#、2#鍋爐尾部受熱面改造，徹底解決了過熱蒸汽溫度偏低的問題，提高了汽輪機運行安全性和經濟性；滿足了SCR脫硝技術要求，達到了國家環保要求的電廠煙氣排放標準；有效地解決了下級空氣預熱器低溫腐蝕和堵灰的問題，提高了電廠運行可靠性和安全性，延長了鍋爐使用周期，降低了生產成本。

［1］方占嶺.DG2070/17.5-Ⅱ6型鍋爐受熱面改造技術研究［J］.中國電力，2012（11）：32-35.

［2］張偉鵬.搪瓷管在煉油廠鍋爐空預器上的應用［J］.石油化工腐蝕與防護，2007（5）：38-40.

［3］岑可法.鍋爐燃燒試驗研究方法及測量技術［M］.北京：水利電力出版社，1987：6-14.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.011

2015-07-16）

吳重科，2008年畢業于華北電力大學（熱能與動力專業），從事鍋爐檢修工作，E-mail：491543323qq.com，地址：甘肅省玉門市老市區玉門油田水電廠鍋爐工區，735200。