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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí),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(diǎn)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(huì)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(huì)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(diǎn)以上時(shí)硫酸氫氨將蒸發(fā),但運(yùn)行溫度長期低于其露點(diǎn)時(shí)將導(dǎo)致堵塞,即使將運(yùn)行溫度提升至露點(diǎn)以上也不能將其蒸發(fā),一般在低于其露點(diǎn)溫度以下的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間必須在300h以內(nèi)。

當(dāng)煙氣溫度低于200℃時(shí),煙氣中的硫酸氫氨會(huì)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(huì)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(diǎn)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(diǎn)溫度一定的情況下,空預(yù)器低溫腐蝕將會(huì)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(huì)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(shí),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(shí)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(huì)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(shí),蒸汽射流會(huì)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(shí),換熱元件本身的壓緊力可以抵御蒸汽射流引起的振動(dòng)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(dòng)和疲勞破壞程度也很高,作用在換熱元件片上的劇烈振動(dòng)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(dòng),并在強(qiáng)有力的吹灰射流作用下躥動(dòng)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(dòng)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(shí)投入時(shí),不可避免地會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)水,在高速氣流的攜帶下會(huì)對換熱元件造成類似氣蝕的沖擊損壞。

綜上幾點(diǎn),結(jié)合該廠實(shí)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(diǎn)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(shí),硫酸氫氨生成量很少:當(dāng)氨逃逸率增加到2μL/L時(shí),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(shí),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(diǎn)溫度為147℃,應(yīng)控制空預(yù)器冷端綜合溫度比露點(diǎn)溫度高10℃左右,按照我廠硫分在1.0%左右計(jì),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(shí),停止吹灰,繼續(xù)疏水至300℃以上。利用檢修機(jī)會(huì)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(yàn),在運(yùn)行中差壓超過50%時(shí),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(shí)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。