強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐傳統(tǒng)干法保養(yǎng)方式優(yōu)化

何飛德，俞軍霞，倪 波，李宏梅

（浙江浙能金華燃機(jī)發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 金華 321000）

0 引言

近年隨著燃機(jī)發(fā)電小時(shí)數(shù)逐漸縮小，余熱鍋爐存在長(zhǎng)期停運(yùn)可能，干法保養(yǎng)作為中長(zhǎng)期保養(yǎng)主要手段[1]，其保養(yǎng)控制措施好壞，直接影響鍋爐管保養(yǎng)效果和成本。如何經(jīng)濟(jì)有效地做好強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐長(zhǎng)期停爐干法保養(yǎng)工作，還需要不斷探討和摸索。

強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐因自身爐膛內(nèi)部鍋爐管排水平安裝布置特點(diǎn)限制，采用傳統(tǒng)熱爐放水加余熱烘干操作達(dá)不到干法保養(yǎng)效果，而導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)鍋爐管內(nèi)部積水腐蝕。某燃機(jī)發(fā)電廠強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐中長(zhǎng)期停爐采用熱爐放水加余熱烘干十八胺成膜保養(yǎng)，實(shí)施1 年后，鍋爐管內(nèi)壁下部積水結(jié)垢較嚴(yán)重見(jiàn)圖1、圖2，割管進(jìn)行結(jié)垢量計(jì)算已達(dá)到酸洗要求，管內(nèi)部積水痕跡較為明顯，積水部位金屬表面腐蝕較重（見(jiàn)圖2），為減緩管內(nèi)壁金屬積水、結(jié)垢腐蝕問(wèn)題，對(duì)該爐熱力系統(tǒng)采用羥復(fù)合酸進(jìn)行循環(huán)化學(xué)清洗[2]。

圖1 鍋爐管內(nèi)窺檢查

圖2 鍋爐管樣品

目前國(guó)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠余熱鍋爐主要分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)2 種結(jié)構(gòu)類型，自然循環(huán)余熱鍋爐中長(zhǎng)期保養(yǎng)采用傳統(tǒng)熱爐放水余熱烘干干法保養(yǎng)較為普遍，其熱干風(fēng)吹掃局部進(jìn)行實(shí)踐運(yùn)用[3-4]，強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐目前暫無(wú)相關(guān)干法保養(yǎng)優(yōu)化的運(yùn)用。以下針對(duì)傳統(tǒng)熱爐放水加余熱烘干方法在強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐運(yùn)用中存在鍋爐管積水原因進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)改進(jìn)措施。

1 腐蝕原因

1.1 傳統(tǒng)干法保養(yǎng)在強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐的運(yùn)用

熱爐放水加余熱烘干的傳統(tǒng)保養(yǎng)方法在換熱鍋爐管垂直安裝的自然循環(huán)余熱鍋爐上運(yùn)用較為廣泛。因其在鍋爐放水時(shí)管內(nèi)爐水受系統(tǒng)壓力和水自身重力從下集箱排出，無(wú)法存在鍋爐管內(nèi)，少量附著在管壁上的水珠或水膜，被鍋爐余熱汽化蒸發(fā)從上集箱排出，有一定的保養(yǎng)效果。而強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐鍋爐管為水平安裝（見(jiàn)圖3），以該類型余熱鍋爐高壓蒸發(fā)器為例，高壓蒸發(fā)器管箱Ⅰ和Ⅱ串聯(lián)布置，其鍋爐管Φ38 mm×3.5 mm，高壓蒸發(fā)器管箱Ⅰ單根鍋爐管總長(zhǎng)約40 m，4 個(gè)彎頭，介質(zhì)在管道內(nèi)流動(dòng)的阻力較大，在熱爐放水后期壓力和熱量較低時(shí)，爐水或蒸汽較難排出，且水平安裝的鍋爐管在長(zhǎng)期運(yùn)行下容易出現(xiàn)變形，從而破壞原有鍋爐管的疏水坡度，加劇鍋爐管積水問(wèn)題，圖1 中鍋爐管的腐蝕也主要集中在管道底部位置。鍋爐管積水和系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量超標(biāo)是導(dǎo)致鍋爐管內(nèi)部腐蝕的直接原因。

圖3 管箱中鍋爐管布置

1.2 鍋爐管結(jié)垢加劇腐蝕

在系統(tǒng)內(nèi)濕度和含氧量超標(biāo)的情況下，其腐蝕主要是飽和水膜中鐵被氧化產(chǎn)生Fe2O3和Fe（OH）3，是腐蝕電池的陰極去極化劑，即在陰極發(fā)生反應(yīng)：

該反應(yīng)使高價(jià)鐵再還原成低價(jià)鐵，其代價(jià)是作為陽(yáng)極的鐵被腐蝕，同時(shí)高價(jià)氧化鐵在還原成磁性氧化鐵時(shí)還要放出氧氣，即：

因此，系統(tǒng)中含氧量增加，隨之加速金屬表面腐蝕，其腐蝕速度一般要比運(yùn)行期間快得多。隨著鍋爐管內(nèi)壁腐蝕，氧化鐵增加，管內(nèi)壁便粗糙，加速了金屬表面結(jié)垢物沉淀，特別是粗糙度加大的位置更容易結(jié)垢。粗糙度的增加明顯會(huì)促進(jìn)結(jié)垢速率與結(jié)垢量的增加[5]，這是由于粗糙表面生產(chǎn)氧化膜后，將會(huì)使表面變得更加凹凸不平，這些部位為成核、附著和化學(xué)表面活性提供了附加場(chǎng)所，縮短了結(jié)垢的誘導(dǎo)期，并使結(jié)垢速率增加，并且在流動(dòng)條件下，粗糙度的增加也減小了流體層流底層的厚度，有利于污垢的沉積。結(jié)垢層內(nèi)含有金屬的腐蝕物，在鍋爐運(yùn)行中垢層導(dǎo)熱性能差，使得管壁溫度升高，滲透到沉積層下面的鍋爐水會(huì)發(fā)生劇烈蒸濃，并由于受到結(jié)垢層阻礙，不易與鍋爐管中水混合均勻，最終使結(jié)垢層下各種雜質(zhì)的濃度很高，長(zhǎng)期不加控制將加速金屬腐蝕，導(dǎo)致大面積鍋爐管腐蝕。

2 改進(jìn)措施

（1）提高放水壓力、余熱烘干和負(fù)壓抽汽

提高放水初始?jí)毫χ?.7 MPa，余熱烘干后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行隔離，利用水低壓汽化原理，將汽機(jī)真空建立對(duì)鍋爐熱力系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)壓抽汽（軸封供汽應(yīng)滿足要求），高壓系統(tǒng)負(fù)壓建立見(jiàn)圖4、高壓系統(tǒng)溫度變化見(jiàn)圖5。整個(gè)負(fù)壓抽汽過(guò)程累計(jì)抽出鍋爐熱力系統(tǒng)汽體凝結(jié)水約5 t，熱力系統(tǒng)內(nèi)相對(duì)濕度仍大于60%RH。因爐膛內(nèi)部放水后剩余熱量較少且爐膛通風(fēng)散熱較大，特別是低壓系統(tǒng)、除氧系統(tǒng)本身溫度較低，導(dǎo)致抽汽后期鍋爐管內(nèi)積水不容易汽化。

（2）啟動(dòng)燃機(jī)烘爐

圖4 高壓汽包真空變化

圖5 高壓系統(tǒng)溫度變化

將燃機(jī)至全速空載烘爐見(jiàn)圖6，燃機(jī)排煙溫度約270 ℃，烘爐初期各系統(tǒng)排氣后有較多蒸汽冒出，烘爐后期檢測(cè)透氣口相對(duì)濕度均大于60%RH，且無(wú)明顯下降趨勢(shì)。烘爐可以將鍋爐絕大部分積水解決，當(dāng)烘干后期系統(tǒng)內(nèi)部壓力達(dá)到平衡，管阻力大于蒸汽流動(dòng)動(dòng)力，蒸汽將受阻不再流動(dòng)，在爐膛冷卻后蒸汽重新凝結(jié)成水遺留在管壁內(nèi)部。采用定期啟動(dòng)燃機(jī)全速空載進(jìn)行烘爐[6]，該措施需要考慮鍋爐末級(jí)管排、管箱承重吊耳受熱強(qiáng)度，還有烘爐的經(jīng)濟(jì)性。

圖6 啟燃機(jī)烘干溫度曲線

（3）增加熱干風(fēng)裝置

裝置出風(fēng)量按照熱力系統(tǒng)水容積的2 倍設(shè)計(jì)，保證一定出風(fēng)溫度和壓力，裝置自帶除濕功能，分別接入高、低壓系統(tǒng)。烘爐結(jié)束后及時(shí)投用熱干風(fēng)設(shè)備對(duì)鍋爐熱力系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，吹掃主要設(shè)備流程見(jiàn)圖7，吹掃應(yīng)包括取樣管道、疏水管道、壓力變送管道。初期投入熱干風(fēng)吹掃，系統(tǒng)濕度下降較為緩慢，隨吹掃時(shí)間增加，濕度下降較為明顯，濕度變化、吹掃時(shí)間見(jiàn)圖8。通過(guò)熱干風(fēng)每天吹掃，熱力系統(tǒng)管道相對(duì)濕度逐漸能夠達(dá)到要求，但停止吹掃后濕度會(huì)升高，分析其主要原因?yàn)椋籂t內(nèi)鍋爐管遺留凝結(jié)水、燃機(jī)烘爐不能涉及爐外大多數(shù)熱力管道。

圖7 熱干風(fēng)吹掃流程

圖8 濕度變化

3 效果評(píng)估

在傳統(tǒng)熱爐放水、余熱烘干的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加啟動(dòng)燃機(jī)全速空載，利用排煙繼續(xù)加熱爐膛內(nèi)鍋爐管，已經(jīng)證明可以將絕大多數(shù)積水蒸發(fā)排除，少量蒸汽會(huì)因?yàn)楣艿雷枇z留在爐膛內(nèi)部，另外啟動(dòng)燃機(jī)烘爐不能加熱爐外管道，管道內(nèi)積水無(wú)法排除，熱力系統(tǒng)內(nèi)部濕度不能達(dá)標(biāo)。

干風(fēng)裝置定期投入運(yùn)行，可以將燃機(jī)烘爐后遺留在鍋爐管內(nèi)部濕氣或凝結(jié)水逐漸帶走，且吹掃可以覆蓋爐外所有汽水管道，可彌補(bǔ)啟動(dòng)燃機(jī)烘爐不足之處，通過(guò)干風(fēng)吹掃熱力系統(tǒng)濕度可控。

啟動(dòng)燃機(jī)烘爐加熱干風(fēng)裝置吹掃基本解決了強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐傳統(tǒng)熱爐放水余熱烘干缺陷，提高了保養(yǎng)效果。改進(jìn)后的干法保養(yǎng)初期，熱力系統(tǒng)內(nèi)部濕度需要一定時(shí)間才能得到控制，一定程度上影響保養(yǎng)效果。改進(jìn)實(shí)施后，干法保養(yǎng)首次啟爐前，鍋爐進(jìn)水后高壓爐水水樣為微紅，實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)得到鐵離子濃度見(jiàn)表1，首次啟爐后爐水指標(biāo)與之前比較數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 首次啟爐前爐水鐵離子含量

表2 首次啟爐前后汽水部分指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

本次干法保養(yǎng)優(yōu)化方案以“《火力發(fā)電廠停（備）用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)》中系統(tǒng)相對(duì)濕度應(yīng)小于等60%RH 或含氧量小于等于2%”的要求為基礎(chǔ)，對(duì)傳統(tǒng)熱爐放水、余熱烘干適用條件進(jìn)行分析，并結(jié)合強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及保養(yǎng)案例進(jìn)行分析、總結(jié)及改進(jìn)優(yōu)化，得出強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐在傳統(tǒng)保養(yǎng)措施基礎(chǔ)上，增加啟動(dòng)燃機(jī)全速短時(shí)烘爐加定期熱干風(fēng)吹掃的保養(yǎng)方式，基本解決了強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐采用傳統(tǒng)干法保養(yǎng)的不足，通過(guò)以上改進(jìn)措施有效減緩金屬腐蝕，提高保養(yǎng)效果，且降低保養(yǎng)成本。建議控制措施如下：

（1）熱爐放水后及時(shí)啟動(dòng)燃機(jī)烘爐，結(jié)束后在受熱面未冷卻前及時(shí)投入熱干風(fēng)吹掃，吹掃范圍應(yīng)包括爐內(nèi)所有受熱面、爐外主要管道及取樣管、疏水管、壓力變送引壓管等，吹掃過(guò)程中系統(tǒng)末端疏水閥應(yīng)開(kāi)啟，清除烘干過(guò)程中殘留蒸汽或積水，有利于吹掃效果和相對(duì)濕度控制，最終降低干法保養(yǎng)經(jīng)濟(jì)性。

（2）針對(duì)干法保養(yǎng)初期系統(tǒng)內(nèi)部濕度控制需要一定時(shí)間的問(wèn)題，建議配置1 套制氮裝置，氮?dú)鉂舛却笥诘扔?9%，干燥的氮?dú)馓娲鸁岣娠L(fēng)，在啟動(dòng)燃機(jī)烘爐后熱力系統(tǒng)及時(shí)投入充氮，保證系統(tǒng)內(nèi)部含氧量小于2%、相對(duì)濕度應(yīng)小于60%RH。

（3）干法保養(yǎng)結(jié)束后及時(shí)取樣化驗(yàn)爐水鐵離子濃度，以分析保養(yǎng)效果及相應(yīng)改進(jìn)措施。