發(fā)電廠電動引風機及其煙道低溫腐蝕分析與控制

陳建江，童家麟

（1.華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠，浙江 玉環(huán) 317604；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 310014）

0 引言

我國煤炭消費占一次能源消費比重約70%，其中50%被電力、熱力生產(chǎn)與供應企業(yè)所消耗，煤炭有效安全利用是火電企業(yè)自始至終關注的問題。煤炭作為有多種金屬、非金屬元素，多種無機物、有機物組成的混合物，其燃燒產(chǎn)物化學性質(zhì)、物理性質(zhì)非常復雜，因此燃煤鍋爐安全運行管理任務艱巨。近年來，隨著節(jié)能減排技術的推廣和國家環(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)關注，一般認為排煙溫度每降低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大致經(jīng)歷了2個階段：第一個階段從經(jīng)濟性考慮，在保證空預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，這個溫度根據(jù)工程實踐，一般控制在120℃左右；第二個階段為了滿足國家環(huán)保排放標準提高需要，低低溫靜電除塵器被廣泛采用，同時，低溫省煤器等節(jié)能設備的大量利用，使得鍋爐排煙溫度進一步降低到90℃[4-5]。但鍋爐排煙溫度的大幅降低，帶來了鍋爐尾部設備腐蝕損壞風險增加的問題，其中尾部煙道煙氣低溫腐蝕是近年來發(fā)生頻率較高且嚴重影響機組安全運行的問題之一[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溫度時，凝結(jié)到受熱面、煙道等金屬表面，引起設備表面腐蝕，進而導致受熱面壁厚減薄直至失效損壞。

國內(nèi)學者對尾部煙道低溫腐蝕問題進行了較為深入的研究，對腐蝕機理和預防措施等提出了很多有意義的結(jié)論。趙國威等[8]針對鍋爐煙道低溫腐蝕的情況，提出了通過控制入爐煤含硫量、合理配風等手段，降低酸露點溫度，防止受熱面低溫腐蝕。曹艷等[9]提出了鄰汽加熱啟動技術、彈性回熱技術、廣義回熱技術等，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]通過對尾部煙道管道、設備等采用外包扎保溫材料的方法，有效緩解了低溫腐蝕問題。但以前國內(nèi)學者的研究主要著眼于設備改造等，在現(xiàn)有設備狀態(tài)下通過運行優(yōu)化來緩解低溫腐蝕進程則鮮有報道。因此，本文以某超超臨界鍋爐為研究對象，通過運行優(yōu)化有效改善了電動引風機及其煙道的低溫腐蝕現(xiàn)象，以期為同類型鍋爐控制低溫腐蝕提供參考。

1 研究對象概況

某發(fā)電廠共有4臺1 000 MW超超臨界機組，其中，3號鍋爐為超超臨界變壓運行直流鍋爐，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50%BMCR（鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量）電動引風機，2014年進行了汽動聯(lián)合引風機改造，將原來的電動引風機和電動增壓風機合并運行，改造成汽動聯(lián)合引風機，由背壓式調(diào)速汽輪機驅(qū)動，并配套備用電動引風機，以縮短機組啟動時間，可在4臺機組全停情況下，滿足機組正常啟動。

引風機和增壓風機合并運行后，節(jié)能效果明顯，原引風機、增壓風機運行過程中不協(xié)調(diào)問題也得到了有效改善。圖1為改造后引風機系統(tǒng)日常運行狀態(tài)。日常運行中，2臺汽動引風機并列運行，電動引風機備用。但改造2年后，發(fā)現(xiàn)備用電動引風機煙道發(fā)生了嚴重的低溫腐蝕現(xiàn)象，圖2所示為電動引風機靜葉和煙道的腐蝕現(xiàn)場情況。由圖2可知，電動引風機低溫腐蝕現(xiàn)象較為嚴重，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。通過實驗室分析，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)生置換反應產(chǎn)生的[11]。究其原因，與電動引風機進口擋板式關斷門關閉時存在輕微泄漏，同時出口關斷式隔絕門關閉時較為嚴密有關。在鍋爐運行時，C電動引風機煙道內(nèi)部充滿煙氣，煙道內(nèi)煙氣由于處于靜止狀態(tài)，得不到對流換熱，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)生化學反應，所以不會引起煙道和風機腐蝕，但隨著煙氣溫度的降低，煙氣中的水蒸氣也開始凝結(jié)。濃硫酸與凝結(jié)水混合，化學性質(zhì)發(fā)生變化，變成酸性極強的稀硫酸，與Fe發(fā)生化學反應，由于其他金屬離子的存在，在發(fā)生置換反應的同時，也發(fā)生電化學反應，從而產(chǎn)生煙道低溫腐蝕。因此，有必要在現(xiàn)有設備條件下優(yōu)化運行，以控制低溫腐蝕速度。

圖1 改造后的引風機系統(tǒng)日常運行狀態(tài)

圖2 引風機靜葉和煙道腐蝕現(xiàn)場情況

2 運行優(yōu)化方案

2.1 可能存在的問題

若取消電動引風機，雖然可以避免引風機煙道的低溫腐蝕，但可能存在以下問題：

（1）機組啟動時間延長，由于汽動引風機啟動前引風機小汽輪機進汽和排汽管道需要暖管疏水，造成鍋爐風煙系統(tǒng)啟動時間推遲，機組整體啟動時間增加[12]。

（2）若4臺機組全停，則機組無法正常啟動。

（3）在1臺機組運行、多臺機組需要同時啟動的情況下，各臺引風機小汽輪機耗汽總量過大，導致運行機組補水不足。

（4）若使用臨機汽源啟動汽動引風機，在小汽輪機汽源切換過程中，2路汽源溫度、壓力有較大偏差，會造成引風機小汽輪機應力大幅變化，對引風機小汽輪機的壽命和安全運行有一定影響。

（5）RB（故障減負荷）工況下，若跳閘汽動引風機無法立即恢復，取消電動引風機后，會限制機組負荷響應速度。

2.2 主要治理方案

電動引風機還可作為汽動引風機備用。綜上，保留電動引風機使得機組運行方式更加靈活多樣，同時提高了機組運行的安全性。因此，如何降低電動引風機低溫腐蝕風險是本文下一步的重點研究方向。對電動引風機系統(tǒng)的主要治理方案有以下2個思路：

（1）將引風機存在泄漏的風門進行密封，增設引風機密封風系統(tǒng)。該思路的原理是通過密封風的壓力，阻止煙氣進入電動引風機進出口風門段煙道。但該方法下仍有一定量的殘余煙氣留在風機煙道內(nèi)，需對電動引風機入口進氣箱、集流器、靜葉調(diào)整擋板、風機殼體、主軸護套、聯(lián)軸器、葉輪、煙道內(nèi)支撐、后導葉、擴壓器等內(nèi)部設備噴砂除銹、防腐噴涂油漆，使得設備具備一定防腐能力。

（2）提高電動引風機煙道溫度，若煙道能保持適當溫度，則可避免煙氣冷卻凝結(jié)。加熱煙道有熱風加熱和建立引風機微循環(huán)2種方法。通過熱風加熱，即從熱二次風或熱一次風中抽取熱風對引風機煙道加熱，若要實現(xiàn)這一目標，則需另外布置煙道，此方案不但需要較大的施工和材料費用，而且需要結(jié)合機組檢修進行施工，實施過程時間非常長。建立電動引風機微循環(huán)時，通過微開電動引風機出口電動擋板門建立微循環(huán)，以保持引風機煙道在一定溫度以上。圖3為2臺汽動引風機與電動引風機微循環(huán)示意圖。

2.3 方案比較

與其他方案相比，汽動引風機與電動引風機建立微循環(huán)的方案有以下優(yōu)勢：

圖3 汽動引風機和電動引風機微循環(huán)示意

（1）沒有設備投入和設備檢修維護工作量。

（2）可利用調(diào)停機會進行實施，實施過程簡便，起效快速，并可長久保持。

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

綜上，建立微循環(huán)的方案優(yōu)勢明顯，但若要達到緩解低溫腐蝕的目的，還需對煙道溫度和煙氣酸露點溫度進行計算比較[13-15]。煙道溫度過高，可保證煙道不發(fā)生腐蝕，但會增加汽動引風機耗汽量；煙道溫度過低，達不到控制低溫腐蝕的目的。特定煤種的煙氣酸露點溫度可由以下公式計算得到：

其中，

式中：tld為煙氣中的水蒸氣露點；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，計算中取90%。

表1為該發(fā)電廠設計煤種和幾個常用煤種的煤質(zhì)分析。經(jīng)計算得到，在設計煤種、俄羅斯煤、澳煤、神混煤下的煙氣酸露點溫度分別為70.8℃，75.2℃，74.1℃和74.8℃，因此，若可保持電動引風機內(nèi)煙氣溫度高于75℃，則可在較大程度上緩解低溫腐蝕進程。在2016年機組檢修中，對出口關斷式隔絕門進行了重新定位，完成了電動引風機煙道微循環(huán)建立。表2為煙道微循環(huán)建立后電動引風機進出煙道的實測煙氣溫度。由表2可知，煙道微循環(huán)建立后可保持電動引風機煙道內(nèi)煙氣溫度在75℃～80℃，絕大多數(shù)區(qū)域略高于煙氣酸露點溫度。圖4為2018年停機檢查時的電動引風機煙道和靜葉狀態(tài)。由圖4可知，通過運行優(yōu)化后，引風機煙道、靜葉、引風機葉輪及聯(lián)軸器相關部件腐蝕現(xiàn)象均不明顯，低溫腐蝕現(xiàn)象得到了有效緩解。

表1 設計煤種和幾個常用煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)（收到基）

表2 電動引風機進出口煙道實測煙氣溫度℃

圖4 運行優(yōu)化后電動引風機煙道和靜葉狀態(tài)

3 結(jié)語

鍋爐排煙溫度的降低，使得尾部煙道設備低溫腐蝕日益成為影響鍋爐安全運行的掣肘。對某超超臨界鍋爐備用電動引風機進行微循環(huán)建立，可保持電動引風機內(nèi)煙氣溫度在75℃～80℃，絕大多數(shù)區(qū)域略高于該鍋爐設計煤種和常用煤種的煙氣酸露點溫度。運行結(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。