煤粉鍋爐煙氣脫硝改造后低溫省煤器腐蝕原因分析及措施

（本鋼板材有限公司發電廠，遼寧本溪 117000）

1 情況介紹

火力發電廠煤粉爐進行脫硝SCR 工藝改造后，尾部受熱面重新布置，脫硝后的產物對低溫省煤器及低溫空預器都產生了不良影響。

按照國家環保政策要求，2016 年本鋼發電廠對22 號鍋爐進行了SCR 脫硝改造，高溫省煤器和高溫空預器位置未變，高溫空預器出口煙溫為390 ℃（BMCR）左右，煙氣在高溫空預器出口處引出煙道進入增設SCR 裝置。考慮空間布置及降低排煙溫度的需要，原蛇形環管低溫省煤器移出，更換為H鰭片低溫省煤器，使最終的鍋爐排煙溫度為160 ℃。2018 年1 月，運行中發現室外的低溫省煤器漏泄，停爐進行檢查，初步判斷為脫硝副產物導致的腐蝕影響。

2 設備概況

本鋼發電廠高壓作業區22 號鍋爐是武漢鍋爐廠生產的WGZ-220/9.8 型煤粉鍋爐，2010 年改造為煤粉摻燒煤氣鍋爐，主要摻燒轉爐煤氣。鍋爐為單鍋筒自然循環，集中下降管“П”型布置的全燃高爐煤氣鍋爐，按室內布置，鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁，爐膛出口處布置屏式過熱器，水平煙道裝設了兩級對流過熱器。爐頂、水平煙道兩側及轉向室設置頂棚管和包墻管，尾部豎井煙道中交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預熱器。鍋爐拆除原來一層煤粉燃燒器，配置了一層旋流式煤氣燃燒器正四角切向布置。

22 號鍋爐一般以轉爐煤氣摻燒煤粉為主，根據鋼廠轉爐煤氣量的多少來調整負荷。2016 年進行了SCR 脫硝改造，相關改造設計參數見表1。省煤器逆流錯列、兩級布置，二級省煤器之間預留900 mm檢修空間。

表1 100%負荷下省煤器SCR改造設計參數

3 漏泄現象分析

22 號鍋爐停爐后，對省煤器漏泄現場進行檢查發現，密封隔板之間的H 型翅片管上、煙道中間彎頭箱內的彎頭沒有發生腐蝕問題，腐蝕泄漏問題主要發生在下級省煤器上、下兩組省煤器之間的連接管處及下側一組省煤器的左右彎頭箱內的彎管上，這些部位的管子和彎頭上粘附有黃色物質，并且管子腐蝕嚴重壁厚減薄，尤其在管子對接焊縫附近腐蝕嚴重，見圖1。根據現場檢查發現所結垢的顏色為黃色、硬脆、溶于水、有氨味。同時密封隔板之間的H型翅片管上沒有發生腐蝕積灰等現象。

圖1 兩組省煤器之間的連接管上粘附的硫酸氫銨

初步分析22 號鍋爐使用的燃料為煤粉和轉爐煤氣混燒，原料煤中硫含量較高，根據煤質報告含硫量為0.83%左右，低溫省煤器布置在SCR 反應器后面，由于脫硝裝置運行時噴入的是氨水，因此會有逃逸的氨及蒸汽混入煙氣，煙氣中的SO3、水蒸汽、氨反應生成硫酸氫銨，硫酸氫銨在150～220溫度區間是一種高粘性的液態物質，易冷凝沉積在換熱元件的表面，受熱面因硫酸氫氨的粘附而被腐蝕損壞。

腐蝕損壞部位發生在彎頭箱內的管子上的原因：根據省煤器構造圖2中可以看出，密封隔板將彎頭、連管與H 型翅片管隔開并與外側板組成彎頭箱，其作用是防止煙氣流入彎頭部位使煙氣短路影響換熱效果，由于隔板上有開孔還會有少量煙氣流入管箱并形成不流動的死區，左右兩側彎頭箱內的溫度主要取決于管內水的溫度也要吸收少量煙氣的熱量，同時還要向外界環境放熱。盡管設有保溫層，但由于東北冬季外部環境的溫度較低與管箱內的溫差較大，因此管箱內彎頭的的壁溫可能會低于管內水的溫度。煙道中間的部分的管箱在煙道內只受煙氣溫度和管內水溫影響溫度與受熱面的溫度基本相同。

圖2 管子對接焊口位置附近腐蝕損壞

從上述分析得知，上下兩組的連接管和下部一組兩側彎頭箱內的水溫在最高215～220 ℃之間，外部環境溫度較低（-20 ℃左右），管箱內的溫度可能在200 ℃以下，而且管箱內還有煙氣流入，也就存在了硫酸氫銨冷凝沉積于受熱面表面的條件。

至于上下兩組省煤器之間的連接管腐蝕較為嚴重，仔細檢查圖紙可以發現，在上下兩組省煤器之間的連接管位置的擋板上沒有開孔，此處也就沒有煙氣漏入，其余的隔板上均有開孔也就會有煙氣漏入，因此此處溫度會低于其他部位，而且此處受冷面積較大，腐蝕部位較長，沿焊縫兩側腐蝕較嚴重。

綜上所述，根據現場出現的問題和省煤器結構特點，管子焊口發生泄露分析原因可能是密封板處密封不嚴造成煙氣進入彎頭密封處，煙氣中含硫、氨水成分，溫度較低形成硫酸氫氨，對焊口處造成腐蝕而引發泄露。因省煤器壓力較高，焊口泄露水柱直接沖刷周圍管壁時亦或引發沖刷泄露。核心原因是由于彎頭箱內溫度低而造成硫酸氫銨冷凝沉積造成的。

4 解決方案

4.1 防止煙氣進入彎頭箱一是提高彎頭箱內溫度。由于彎頭與H 型翅片管相連并需考慮膨脹煙氣不進入彎頭箱很難控制，而下側一組省煤器的中間管箱內的彎頭和H 型翅片管均未發生問題，因此在設計時使兩側管箱溫度提高到220 ℃以上高于硫酸氫銨液態粘結的溫度就可避免該問題的發生。

4.2 在密封隔板上部的蓋板上和下部的的封板上開適量的孔，使部分煙氣流過彎頭箱但又不發生短路；

4.3 將兩側彎頭箱內的彎頭及管子外壁上涂防腐涂料，增強管子的防腐性能；同時根據熱力計算結果可適當增加下側一組省煤器保溫層厚度。

4.4 在外壁板上開設檢修孔，方便觀察管子表面狀態及清灰工作；在每組省煤器的進出口處各增加兩組溫度檢測裝置，便于對省煤器運行情況進行監測。

4.5 運行中控制氨逃逸指標在3×10-6以下，盡量減少氨逃逸。

5 結論

依據上述方案措施進行了改造，運行2年來，經多次停爐檢查未在低溫省煤器管壁上發現硫酸鹽的集聚附著現象，也未再次發生腐蝕泄漏現象，驗證了原因分析的正確性及解決方案的可行性。