避免鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕的方法與鍋爐結(jié)構(gòu)的研究

譚大治，張曉陽

(中國華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160)

0 引 言

傳統(tǒng)的130 t/h高溫高壓鍋爐管式空氣預(yù)熱器，布置在省煤器出口，煙氣橫向沖刷空預(yù)器管道外表面，被加熱空氣由送風(fēng)機(jī)加壓，在管內(nèi)流通，煙氣熱量傳至空氣后，熱空氣通過一、二次熱風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入鍋爐助燃，使尾部受熱面管外壁溫度較低，易造成低溫腐蝕，導(dǎo)致介質(zhì)泄露。

1 鍋爐低溫腐蝕原因分析

由于鍋爐燃料中含有硫份，在燃燒過程中將產(chǎn)生SO2，一部分SO2將進(jìn)一步氧化成為SO3，進(jìn)而與煙氣中的水蒸氣反應(yīng)生成硫酸蒸汽，當(dāng)鍋爐尾部受熱面的壁溫低于硫酸蒸汽露點(diǎn)時(shí)，硫酸蒸汽就會(huì)在壁面上凝結(jié)進(jìn)而腐蝕受熱面[1]。

2 鍋爐防低溫腐方法與結(jié)構(gòu)

通過了解低溫腐蝕原理，可知提高與煙氣接觸側(cè)的金屬壁溫，可以避免或減輕低溫腐蝕的現(xiàn)象發(fā)生。

為保證鍋爐熱效率，一般將助燃空氣加熱到一定溫度后送入爐膛。傳統(tǒng)的空預(yù)器是煙氣通過傳熱壁面連續(xù)將熱量傳給空氣，而由于引風(fēng)機(jī)吹入空氣的溫度較低，容易使換熱過后的煙氣溫度過低，導(dǎo)致鍋爐尾部受熱面形成低溫腐蝕。為避免這一問題，文中選用了一種“水-風(fēng)”換熱系統(tǒng)，通過高溫水與空氣進(jìn)行換熱，確保鍋爐尾部煙氣溫度高于煙氣露點(diǎn)。

“水-風(fēng)”換熱系統(tǒng)包括空氣預(yù)熱器和煙氣冷卻器，空氣預(yù)熱器安裝在位于鍋爐外的風(fēng)道系統(tǒng)中，為加強(qiáng)傳熱效果，空氣預(yù)熱器內(nèi)的管道采用螺旋鰭片管，冷空氣橫向沖刷錯(cuò)列布置的螺旋鰭片管。煙氣冷卻器位于鍋爐尾部煙道內(nèi)，包括沿著給水流通方向串聯(lián)的五級(jí)煙氣冷卻器，風(fēng)道系統(tǒng)和鍋爐尾部煙道連通。空氣預(yù)熱器設(shè)置在風(fēng)道系統(tǒng)中，將冷空氣加熱為熱空氣，為鍋爐輸送二次熱風(fēng)進(jìn)行助燃。

如圖1所示，鍋爐給水溫度220 ℃，經(jīng)2條支管路進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)，支路一，總給水量58%經(jīng)過空預(yù)器系統(tǒng)旁路直接進(jìn)入省煤器進(jìn)口集箱，支路二，總給水量42%進(jìn)入空氣預(yù)熱器進(jìn)口集箱，水流方向與空氣流向互為逆流，增加對(duì)流換熱系數(shù)。經(jīng)過空預(yù)器出口集箱后水溫由220 ℃降至90 ℃，而空氣的溫度則由30 ℃升至195 ℃，經(jīng)過熱平衡計(jì)算(見表1)，該過程鍋爐給水的放熱量為7 014.75 kJ/s，空氣吸熱量為7 143.99 kJ/s，換熱誤差為1.8%，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 鍋爐給水管路圖

表1 水加熱空預(yù)器熱平衡計(jì)算表

給水由空預(yù)器出口集箱進(jìn)入煙氣冷卻器進(jìn)口集箱，文中采用的煙氣冷卻器包括鰭片蛇形管屏、支撐板和內(nèi)護(hù)板，鰭片蛇形管屏安裝在支撐板上，內(nèi)護(hù)板位于鰭片蛇形管屏的周圍，煙氣冷卻器采用Φ38×4蛇形管，沿?zé)煔饬飨蝽樍胁贾谩＝?jīng)過高溫?zé)煔夂湾仩t給水之間對(duì)流換熱后，鍋爐給水在煙氣冷卻器出口集箱的溫度從90 ℃升至220 ℃，并與支路一匯合后，進(jìn)入省煤器進(jìn)口集箱，而煙氣的溫度由270 ℃降至135.6 ℃，經(jīng)過熱平衡計(jì)算(見表2)，一級(jí)煙氣冷卻器煙氣側(cè)放熱量為120.66 kJ/s，工質(zhì)水吸熱量為121.62 kJ/s，換熱誤差為-0.80%，二至五級(jí)煙氣冷卻器煙氣側(cè)放熱量為802.28 kJ/s，工質(zhì)水吸熱量為811.62 kJ/s，換熱誤差為0.66%，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 鍋爐尾部煙道內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

表2 煙氣冷卻器熱平衡計(jì)算表

3 防腐效果分析

文中采用了不同計(jì)算方法對(duì)煙氣露點(diǎn)溫度進(jìn)行了計(jì)算[2]，由表3可以看出，不同方法計(jì)算出的煙氣露點(diǎn)各不相同，煙氣露點(diǎn)最大值為127.8 ℃，最小值為105.4 ℃，最大值仍低于文中設(shè)計(jì)的排除煙氣溫度135.6 ℃，由此可見文中設(shè)計(jì)制造的鍋爐尾部煙道出口處受熱面壁溫高于低溫腐蝕的最高溫度，避免煙氣中的SO2與水蒸汽形成H2SO3，與煙氣中的水蒸汽融合后凝結(jié)在管壁上，產(chǎn)生酸性腐蝕。

表3 額定工況下煙氣露點(diǎn)溫度

4 結(jié)束語

為提高鍋爐的使用壽命，文中主要采取以下措施避免鍋爐尾部煙道出口處受熱面發(fā)生低溫腐蝕：

(1)改變了原有的空預(yù)器系統(tǒng)，使的原來煙氣與空氣直接對(duì)流換熱，變?yōu)殄仩t給水與冷空氣換熱、高溫?zé)煔馀c冷卻后的鍋爐給水換熱。

(2)空氣預(yù)熱器布置在鍋爐外的風(fēng)道系統(tǒng)中，省煤器煙氣出口區(qū)域布置5級(jí)煙氣冷卻器。

(3)煙氣冷卻器和空氣預(yù)熱器的蛇形管道均采用鰭片管，可增加管道受熱面，同時(shí)節(jié)省受壓管道材料用量。