燃煤锅炉尾部受热面改造

吴重科　吴松山　李小刚（中国石油天然气股份有限公司玉门油田分公司水电厂）



燃煤锅炉尾部受热面改造

吴重科吴松山李小刚（中国石油天然气股份有限公司玉门油田分公司水电厂）

玉门油田水电厂1#、2#锅炉（额定蒸发量为220 t/h）运行过程中，过热蒸汽温度偏低，严重威胁电厂生产安全，排烟温度高，热损失大。在环保改造后，无法满足环保设备运行参数，尾部受热面低温腐蚀加剧。通过性能试验及热力计算，对锅炉尾部受热面进行了改造：增加了低温过热器受热面积；将目前使用的光管式一、二级省煤器，统一更换为传热系数高、烟气侧阻力小，占用空间小、防磨损的H型鳍片管式省煤器；将下级空气预热器改造为搪瓷管空气预热器。成功解决了过热蒸汽温度偏低的问题，提高了汽轮机运行安全性和经济性；解决了1#、2#锅炉排烟温度高的问题，锅炉效率提高了1.99%；满足了电袋除尘器和SCR脱硝装置的运行要求，有效地解决了下级空气预热器低温腐蚀和堵灰的问题。

燃煤锅炉受热面改造搪瓷管空气预热器H型鳍片管式省煤器

玉门水电厂1#、2#锅炉（六期工程）分别于2006年4月和7月投产。此锅炉为DG220/9.81-18型高温高压煤粉锅炉，其特点是：单汽包自然循环，燃烧器四角布置切圆燃烧、切圆悬浮燃烧；刮板捞渣机固态连续排渣；π形布置，平衡通风，膜式水冷壁，12个循环回路；瓦斯气自动点火，混合燃烧；球磨机乏气送粉仓储式煤粉炉，锅炉构架采用全钢结构、紧身封闭。锅炉参数如下：额定蒸发量，220t/h；汽包工作压力，10.96 MPa；过热蒸汽压力，9.81 MPa；过热蒸汽温度，540℃±5℃。

1　存在问题

锅炉投产运行以来，存在以下影响锅炉安全、经济、稳定运行的问题：

1）由于设备原因，1#、2#锅炉近几年一直存在排烟温度高的问题，实际排烟温度为170℃，高于设计排烟温度（128℃）约42℃，造成极大的排烟热损失。

2）1#、2#锅炉投运后一直存在过热蒸汽温度低，过热蒸汽的出口温度设计值为540℃±5℃，实际过热蒸汽温度出口平均温度为525℃，减温水无法正常投运，严重影响汽轮机的经济、安全运行。

3）为了满足SCR脱销改造项目的技术要求，二级省煤器出口温度必须控制在催化剂效果最佳温度段350～400℃之间，过高过低都会影响脱销的效率；而二级省煤器实际出口温度在472.8℃左右，不能满足项目要求。

4）为满足国家和当地相关环境保护法规的要求，水电厂进行六期工程锅炉（2台，额定蒸发量为220 t/h）烟气达标排放改造。为了满足电袋除尘器的运行要求，使布袋在安全的温度范围内，锅炉需将排烟温度控制在110～160℃的范围内；但是，在此温度范围内锅炉下级空气预热器容易形成低温腐蚀。而且，脱销SCR装置中存在催化剂（V2O5），在此作用下，烟气中更多的SO2被SCR装置中的催化剂转化为SO3，加剧了空气预热器冷端的腐蚀和堵塞；脱销装置中逃逸的NH3与SO3反应生成NH4HSO4，从而对下级空气预热器造成粘结堵灰和腐蚀。在锅炉运行过程中，已发现空气预热器腐蚀、堵灰严重，严重影响了锅炉的经济、平稳运行。

为了提高锅炉热效率，保证汽轮机的安全经济运行和满足SCR脱销改造项目的技术要求，需要对尾部受热面进行技术改造。

2　解决方案

因受现有烟道空间的限制，改造方案的难度较大，最终通过热力计算，确认出以下可行性技术方案。

增加低温过热器的受热面，更换一、二级省煤器：由光管式蛇形管省煤器更换为带鳍片的蛇形管省煤器，并增加了受热面积［1］；将上级空气预热器外移至SCR催化剂层下部，更换下级空气预热器：由普通材料更换为耐腐蚀的陶瓷材料。改造前后尾部受热面布置示意图如图1、图2所示。

图1　改造前尾部受热面布置示意图

图2　改造后尾部受热面布置示意图

2.1低温过热器改造

通过核算，解决过热器温度偏低的最好方案是增加1圈低温过热器，增加过热器受热面积113.6 m2，可以使过热器温度达到530～545℃。

2.2省煤器改造

根据电厂运行记录统计均值，二级省煤器前后温度分别为536.42℃和462.75℃，一级省煤器前后温度分别为347.8℃和281.6℃。设计计算二级省煤器前后温度分别为575.8℃和414.4℃，一级省煤器前后温度分别为307.2℃和252℃；设计计算二级省煤器受热面积和一级省煤器受热面积分别为630 m2和731 m2。通过计算，要达到设计值，二级省煤器和一级省煤器受热面需分别增加295 m2和 208 m2；但由于烟道空间有限，占用部分检修空间，只能将上、下级省煤器由原来光管式省煤器更换为传热系数高的鳍片式省煤器，并增加了受热面积，以达到排烟温度降到设计值130℃以内。

2.3空气预热器改造

2.3.1腐蚀机理分析

低温腐蚀是由于燃料中含有S，S燃烧生成SO2（S+O2=SO2），SO2在催化剂的作用下进一步氧化生成SO3（2SO2+O2=2SO3），SO3与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽（SO3+H2O=H2SO4）。硫酸蒸汽的存在使烟气的露点显著升高。由于空气预热器中空气的温度较低，预热器区段的烟气温度不高，壁温常低于烟气露点，这样硫酸蒸汽就会凝结在空气预热器受热面上，造成硫酸腐蚀。

2.3.2影响空气预热器低温腐蚀的几个因素

1）燃料中含硫量影响。燃料中的硫是形成SO3的根本原因。燃煤中的含硫量较为稳定，但自2012年1#、2#炉瓦斯气掺烧投运以后，由于瓦斯气中硫化氢含量的增加，致使烟气中的SO2含量成倍增加（表1）。

表1　瓦斯掺烧前后SO2含量对照

当烟气中的SO2含量增加时，形成的SO3也相应增加，致使尾部受热面酸露点升高，成为低温腐蚀加剧的因素之一。

2）空气过热系数增加。过氧量的存在是促成SO2转化为SO3的基本条件，空气过热系数增加会使火焰中原子氧的含量增加，从而使SO3含量也增加；因此，低氧燃烧是防止低温腐蚀的有效措施。

3）催化剂影响。当烟气中Fe2O3或V2O5等催化剂含量增加时，烟气中的SO3也将增加。2014年，在水电厂进行了烟气脱硝改造，脱硝SCR装置中使用的催化剂为V2O5，这将使SO3含量大大增加。

4）脱硝装置氨逃逸。脱硝过程中逃逸的NH3与SO3反应生成NH4HSO4，NH4HSO4在低温段空气预热器中为液态，且捕捉飞灰的能力极强，会与烟气中的飞灰颗粒结合，附着于空气预热器管壁上，造成空气预热器的腐蚀和积灰。

5）受热面改造。为了满足电袋除尘器、脱硝催化剂的运行要求，使布袋在安全运行的温度范围内，锅炉需将排烟温度控制在110～160℃的范围内；但是，在此温度范围内锅炉下级空气预热器的低温腐蚀将大大加剧。

2.3.3预防腐蚀选择

1）提高管壁温度。为了满足脱硝装置、电袋除尘器的安全运行，进行了尾部受热面改造。改造后大大降低了排烟温度，提高了锅炉热效率。为此，提高管壁温度的措施不适用于该厂。

2）采用低氧燃烧。减少烟气中的过剩氧，阻止和减少SO2转变为SO3，也可减少低温腐蚀。目前，水电厂锅炉烟气含氧量实际运行值与设计值偏差不大，以低氧燃烧的措施彻底解决低温腐蚀不太适合。

3）选用新型材料的空气预热器。用耐腐蚀的材料制造空气预热器，如采用玻璃管、搪瓷管或用陶瓷材料制作。考虑在排烟温度合理的情况下，充分利用烟气余热，水电厂采用了防止低温腐蚀的新型空气预热器。经咨询、查阅，耐磨搪瓷管这种新材料既有较好的传热效果，又有较好的耐腐蚀、耐磨损性能［2］。

2.3.4搪瓷管材料优点

搪瓷管空气预热器与钢管空气预热器比较，主要有3个方面的优点：耐腐蚀，搪瓷管的耐酸度要比金属管高出数百倍；耐磨损，有关资料证明显示，搪瓷釉层的维氏硬度HV=652，而金属Q235A的维氏硬度HV=114，其耐磨性要大大超过金属管；阻力小、传热好，搪瓷管表面绝对粗糙度为0.005 mm，远小于金属Q235A。因此，搪瓷管表面光滑，不易沾灰，烟气流通阻力小，灰污热阻小，传热系数大。

2.3.5搪瓷管空气预热器应用

搪瓷管空气预热器在水电厂1#、2#锅炉上的应用，基本缓解了电站锅炉经脱硝改造后容易出现的低温段空气预热器冷端腐蚀、堵灰现象，这将极大地延长锅炉使用寿命，提高电厂运行的可靠性。

3　项目经济效益

1）根据反平衡法［3］，锅炉效率η=100-q2-q3-q4-q5-q6。式中：q2为排烟损失，%；q3为化学不完全燃烧损失，%；q4为机械不完全燃烧损失，%；q5为锅炉散热损失，%；q6为灰渣物理损失和冷却水热损失，%。改造前η= 89.63%；改造后η=91.62%，改造前后锅炉效率提高了1.99%。

2）实际燃料消耗量B为：改造前B=27.97 t/h，改造后B=27.37 t/h。

2台锅炉每年可节约原煤10 512 t。按原煤单价360元/t计算，年节约资金约378.4万元。

4　结束语

通过对1#、2#锅炉尾部受热面改造，彻底解决了过热蒸汽温度偏低的问题，提高了汽轮机运行安全性和经济性；满足了SCR脱硝技术要求，达到了国家环保要求的电厂烟气排放标准；有效地解决了下级空气预热器低温腐蚀和堵灰的问题，提高了电厂运行可靠性和安全性，延长了锅炉使用周期，降低了生产成本。

［1］方占岭.DG2070/17.5-Ⅱ6型锅炉受热面改造技术研究［J］.中国电力，2012（11）：32-35.

［2］张伟鹏.搪瓷管在炼油厂锅炉空预器上的应用［J］.石油化工腐蚀与防护，2007（5）：38-40.

［3］岑可法.锅炉燃烧试验研究方法及测量技术［M］.北京：水利电力出版社，1987：6-14.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.011

2015-07-16）

吴重科，2008年毕业于华北电力大学（热能与动力专业），从事锅炉检修工作，E-mail：491543323qq.com，地址：甘肃省玉门市老市区玉门油田水电厂锅炉工区，735200。