空氣預熱器泄露的原因分析及措施

戚虎

摘 要：中韓石化熱電聯產裝置三臺CFB鍋爐于2012年12月、2013年1月份、2013年4月份投用，已經運行近4年時間，自2015年6月份開始，三臺CFB鍋爐空氣預熱器開始出現不同程度的泄露，其中1#CFB鍋爐泄露尤其突出，本文對空預器泄露的原因進行分析，結合運行和檢修經驗提出一些措施，并對空預器的整體更換提出一些材質升級的建議。

關鍵詞：空氣預熱器；磨損；低溫腐蝕；

1 設備簡介

1.1 布置位置和工藝用途

空氣預熱器是絕大多數鍋爐用來回收利用尾部排煙余熱的換熱器，中韓石化熱電聯產裝置每臺CFB鍋爐在豎井煙道尾部省煤器下面設置有空氣預熱器，為管式橫向布置，一次送風機和二次送風機出口的冷風從空預器底部進入空氣預熱器管束內，經與從上而下的煙氣進行對流換熱后，冷風被加熱到230℃左右從空預器頂部排除進行爐膛進行流化床料和助燃，同時排煙溫度從320℃左右降至140℃左右。

1.2 設備結構

中韓石化熱電聯產裝置CFB鍋爐空預器由5個箱體組成，每個箱體又由4個模塊組成，一共有管束13800根，管束規格為φ60.3mm*2.9mm，長度為5694mm，上面四個箱體材質為Q235，下面一個箱體材質為Q335。

2 目前運行現狀

熱電聯產裝置目前三臺CFB鍋爐空預器自2015年3月份后都存在一定程度的泄露，其中尤其以1#CFB鍋爐泄露最為嚴重，在2016年4、5月份的大修期間， 1#爐空預器打套管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，已經制約鍋爐帶負荷和安全運行，計劃下次檢修期間對1#CFB鍋爐空預器下面兩組進行更換。下面為1#爐運行參數進行對比（見表1）。

根據上表中運行參數，假設2014年3月份時候1#CFB鍋爐空預器不存在泄露，以此時運行參數作為參考，可計算出后期各工況下空預器漏風率為：

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

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

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

由此可見1#CFB鍋爐大修期間進行打套管封堵措施后，將空預器漏風率由9.2%降低到了3.4%，但是大修后運行4個月時間后，漏風率在急劇加大，目前已經達到13.7%，已經開始制約鍋爐帶負荷。在運行中可以從多個參數反應出空氣預熱器泄露的情況：一次風機、二次風機入口擋板開度和電流相應增加；引風機入口擋板和電流相應增加；空預器壓降增加；空預器出口風溫降低；排煙溫度降低；風室壓力降低；鍋爐床溫上升等。

3 空預器泄露原因分析

空氣預熱器是一個換熱器，管程走了的是空氣，殼程走了的攜帶粉塵的煙氣，運行過程中處于惡劣的環境，造成空氣預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

中韓石化熱電聯產裝置三臺鍋爐在2016年4、5月份大修期間檢查中都發現有泄露情況，泄露的區域主要是管箱兩端冷風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（見圖2），管束中間部位泄露較少。而且這些泄露的部位都出現管壁外側減薄的現象，由此可以看出磨損是引起管束泄露的原因。因為煙氣中攜帶大量的粉塵，并以較快的速度（8m/s）與管束發生摩擦，而且攜帶粉塵的煙氣進入管束間隙時存在非常明顯的氣流集束，并且在管束的端部和角落處會有渦流現場產生，因此造成了空氣預熱器管束磨損減薄直至泄露。

3.2 低溫腐蝕造成的泄露

熱電聯產裝置每臺爐空預器由五組組成，上面四組的材質均為Q235，最下面一組的材質為Q335GNH，在設計時就已經考慮到處在溫度低的一組容易發生腐蝕，才將材質升級為耐腐蝕材料，Q335GNH相對于Q235具有一定的耐腐蝕功能。中韓石化三臺鍋爐全為燃煤鍋爐，煤炭內含有一定量的S，燃燒后會產生流化物，與水汽結合反映形成硫酸、亞硫酸等酸性物質以氣體形式隨煙氣經尾部煙道排至后續的脫硫系統，酸性物質的露點一般在100℃～120℃，當排煙溫度低于煙氣的露點時，酸性成分就會析出附著在空預器管束表面，直接對管束造成腐蝕直至穿孔。只要管束某一處發生泄露，泄露出來的冷風與煙氣混后溫度迅速降低，進一步加劇酸性腐蝕，周圍管束將加快泄露，并蔓延開來。

3.3 脫硫脫硝系統的影響

熱電聯產裝置三臺CFB鍋爐在2015年新上了三套脫硫脫硝系統，在脫硫脫硝系統建設前，脫硫采用爐內噴石灰石，排煙SO2含量一般控制在200mg/Nm3，脫硫脫硝系統增加后，就停止了爐內噴石灰石系統，導致經過空預器的煙氣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，進一步加劇了酸性腐蝕。

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

4 空預器泄露的措施

4.1 運行期間的工藝調整

①適當控制飛灰再循環進入爐膛的量，飛灰再循環投入過大，會提高煙氣里面粉塵的濃度，濃度越高對空預器磨損程度越大，根據運行經驗，在投用飛灰再循環時控制輸送壓力在20kPa以內；

②在調節過量燃燒時，控制好過剩空氣系數，煙氣中氧量越大，生產的三氧化硫等硫化物就會越多，對管束腐蝕就會越快，一般控制鍋爐排煙氧含量在3%～3.8%之間；

③在氣溫低的時候及時投用暖風器，保證空預器進風溫度在30℃以上，提高進入空預器的進風溫度，降低冷風端的低溫腐蝕；

④脫硝系統在確保外排煙氣NOx達標的前提下，盡可能的控制工藝參數在上限運行，降低向爐內噴入尿素的量，從而降低氨逃逸量，降低空預器腐蝕速度。

4.2 空預器泄露后的處理措施

①空預器泄露后，只能在停爐期間進行處理，如果泄露發生在中間部位，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（見附圖1）；

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

③在空預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如果泄露嚴重，漏風率大于15%，對鍋爐安全經濟運行建議只能整個模塊進行更換。

4.3 對空預器材質升級的建議

本文3.1中描述，根據多次檢修期間檢查的情況發現，空預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，見附圖3紅色管束，以及兩端冷風進口部位。導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，在原設計時就考慮將每組管箱最上一層管束加裝了防磨片。

中韓石化熱電聯產裝置計劃對空預器下面兩組泄露比較嚴重的進行更換，初步計算更換期間需停爐40天左右，給公司帶來較大的經濟損失，同時檢修期間也對全廠造成較大的生產風險。很多兄弟單位為了延長空預器的使用壽命對下面兩組空預器都采取材質升級，一般升級后的材質選用ND鋼的較多，ND鋼具有一定的防磨和放腐蝕功能，但是ND鋼的價格約為Q355的兩倍，成本較大。為了做到既經濟又能達到延長設備使用壽命的效果，并結合運行中實際現象，建議對容易發生泄露區域的管束進行材質升級，對每組管箱上兩層和靠近墻壁的兩層，以及最底層管束進行材質升級，選用ND鋼。按照此方案，每組管箱需要材質升級的管束只有429根，占全部管束的15.5，可大幅度降低成本，但同樣能取到延長設備壽命的效果。

5 結束語

引起鍋爐空預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，在平常生產運行中，我們要通過精細化操作，盡可能的減緩空預器的穿孔泄露，并通過一些措施延長空預器的使用壽命，增加系統的經濟性和可靠性。

參考文獻：

[1]岑可法，等.循環流化床鍋爐理論設計與運行[M].北京：中國電力出版社，1998.