摘 要：本文對火力發(fā)電廠空預(yù)器的低溫腐蝕原因進行分析，提出解決辦法，并對暖風(fēng)器的布置位置進行探討，供北方電廠設(shè)計時借鑒。
　　關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠; 暖風(fēng)器; 空預(yù)器; 低溫腐蝕; 布置
　　Abstract: This paper analyzes the thermal power plant air preheater low temperature corrosion reason, proposed solutions, and discussed the heater arrangement; provide reference for the design of the power plant north.
　　Key words: power plant; air heater; air preheater low temperature corrosion; layout;
　　中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)
　　1 概述
　　在火力發(fā)電廠中，作為鍋爐的主要輔機，空氣預(yù)熱器的運行好壞直接影響鍋爐運行的經(jīng)濟性和安全性，最常見的問題就是空氣預(yù)熱器低溫段出現(xiàn)腐蝕和堵灰。本文將對空預(yù)器出現(xiàn)腐蝕的原因進行分析，提出解決辦法，重點探討暖風(fēng)器對空預(yù)器的保護作用和暖風(fēng)器的合理布置。
　　2 空預(yù)器低溫腐蝕的形成及造成的惡果
　　空預(yù)器產(chǎn)生尾部受熱面低溫腐蝕的原因是：含硫的燃料燃燒后，產(chǎn)生的SO2在爐膛的高溫作用下，部分氧原子會離解成原子狀態(tài)，它能將SO2氧化成SO3。煙氣中含有的微量SO3在煙溫降到580℃以下時，會與煙氣中的水蒸汽結(jié)合，形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的露點溫度遠高于水蒸汽的露點溫度，當受熱面的冷端平均溫度低于煙氣酸露點溫度時，硫酸蒸汽在受熱面上凝結(jié)，而產(chǎn)生酸性腐蝕。一般來說，受熱面低溫腐蝕發(fā)生在一個相當寬的范圍內(nèi)，凝結(jié)出來的硫酸濃度也隨著溫度的降低而逐步變小。腐蝕的速度與硫酸的濃度有關(guān)，硫酸濃度高，腐蝕的速度比較緩慢，在酸濃度達到56%時，腐蝕的速度最快。腐蝕的速度同時也受溫度的影響。壁溫低于酸露點溫度10℃~15℃時，發(fā)生的腐蝕最為強烈。
　　低溫腐蝕能引起受熱面穿孔、傳熱效果惡化、漏風(fēng)增加、排煙溫度升高，使鍋爐效率大幅下降;同時，還可能伴隨著堵灰現(xiàn)象的發(fā)生，使風(fēng)機的電耗上升，還可能引起風(fēng)機出力不足，使鍋爐負荷不得不發(fā)生下降。而且腐蝕和堵灰是相互促進的，腐蝕使積灰增加，積灰反過來又使受熱面的傳熱減弱，受熱面金屬壁溫進一步降低，而350℃以下沉積的灰又能吸附SO3加速腐蝕的過程。在腐蝕和堵灰嚴重時，甚至能造成停爐的危險。
　　3 防止低溫腐蝕的手段
　　為了鍋爐的安全穩(wěn)定運行，必須采取措施防止低溫腐蝕的發(fā)生。防止低溫腐蝕的手段很多，比如：從鍋爐設(shè)計的角度應(yīng)在保證燃燒的前提下，采用盡可能低的過剩空氣系數(shù);空氣預(yù)熱器制造廠應(yīng)根據(jù)用戶的需要在冷端采用耐腐蝕的材料;運行中噴射氨或加入添加劑減輕SO2的生成或中和已生成的硫酸等重要手段。其中采用提高進風(fēng)溫度，以保證冷端的平均壁溫高于酸露點溫度是最廣泛應(yīng)用的方法。
　　在已選定鍋爐及煤源比較穩(wěn)定的情況下，鍋爐的冷端平均溫度主要與空預(yù)器進口的空氣溫度有關(guān)。通常在運行工況下，冷端平均壁溫應(yīng)比推薦值高5℃。計算冷端平均溫度時采用的出口煙溫為未修正的排煙溫度。冷端平均壁溫可采用排煙溫度與送風(fēng)溫度的算術(shù)平均值。
　　空氣預(yù)熱器出口的排煙溫度是隨著鍋爐負荷的變化而變化的，鍋爐負荷降低，排煙溫度也隨之降低，這樣如果仍以額定工況下的溫度進風(fēng)，則冷端平均溫度很難保證。因此，必須提高空預(yù)器入口的風(fēng)溫。
　　要得到滿意的進風(fēng)溫度，防止低溫腐蝕，可采用熱風(fēng)再循環(huán)或暖風(fēng)器對空氣預(yù)熱器入口的空氣進行預(yù)熱。根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》(GB-50660-2011)，對于熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)宜用于環(huán)境溫度較高地區(qū)，而對于環(huán)境溫度較低地區(qū)應(yīng)選用暖風(fēng)器系統(tǒng)。
　　空預(yù)器進風(fēng)溫度能否滿足要求是確定一個工程是否采用暖風(fēng)器的重要因素，它是鍋爐排煙溫度，空預(yù)器形式及所采用的材料，燃料種類及含硫量、當?shù)貧鉁氐榷喾N因素決定的。
　　在嚴寒地區(qū)，進風(fēng)溫度不能保證風(fēng)機制造廠的要求(一般要大于-25℃)時，或者是為了防止冷風(fēng)道出現(xiàn)結(jié)露的情況時，裝設(shè)暖風(fēng)器是時所必然的。
　　4 暖風(fēng)器布置位置的選擇
　　對于嚴寒地區(qū)來說，暖風(fēng)器是提高進風(fēng)溫度的最佳方案，怎樣合理布置暖風(fēng)器就顯得尤為重要了。目前電廠暖風(fēng)器都是利用抽汽來加熱空氣，總的來說，蒸汽壓力在保證必須的調(diào)節(jié)功能的前提下，應(yīng)盡可能低些，蒸汽的過熱度應(yīng)盡量小些，以保證經(jīng)濟性。
　　暖風(fēng)器可以布置在風(fēng)機入口也可以布置在風(fēng)機出口，布置在風(fēng)機入口，因風(fēng)機入口空氣被加熱，風(fēng)機的容積流量增大，風(fēng)機的電耗將隨之增大。但入口風(fēng)道斷面大，流速低，阻力小;布置在風(fēng)機出口，風(fēng)機入口的容積流量不變，而風(fēng)機出口壓力側(cè)管道容積流量增大，壓力管道流速較高，暖風(fēng)器的阻力相應(yīng)增大，且風(fēng)機入口容積流量隨環(huán)境溫度而變，風(fēng)機的調(diào)節(jié)擋板或葉片開度發(fā)生變化，使風(fēng)機的效率有所降低。因此，具體暖風(fēng)器應(yīng)放在何處，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定。
　　風(fēng)機的進風(fēng)溫度不應(yīng)低于-25℃，否則會對風(fēng)機的材料、潤滑油脂、密封件和軸承間隙等造成影響，因此對于北方嚴寒地區(qū)，暖風(fēng)器應(yīng)設(shè)置在風(fēng)機的入口。
　　另外如果暖風(fēng)器布置在風(fēng)機出口，一般都是在空預(yù)器入口的垂直風(fēng)道上，因為如果布置在水平管道上，疏水不太順暢。而空預(yù)器入口垂直管道一般距離較短，不方便布置。而布置在風(fēng)機入口，一般標高都比較高，就沒有疏水的問題。
　　《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB 50176-93 對全國建筑熱工設(shè)計分區(qū)指標如下：
　　嚴寒地區(qū)：最冷月平均溫度≤-10℃，日平均溫度≤ 5℃的天數(shù)≥145 天。
　　寒冷地區(qū)：最冷月平均溫度0℃～-10℃，日平均溫度≤ 5℃的天數(shù)為90 天~145天。
　　《火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》(報批稿)8.3.3章節(jié)對暖風(fēng)器的設(shè)置有這樣的要求：對于嚴寒地區(qū)，暖風(fēng)器宜設(shè)置在風(fēng)機入口。
　　選擇暖風(fēng)器所用的環(huán)境溫度，對采暖區(qū)宜取用冬季采暖室外計算溫度，對非采暖區(qū)宜取用冬季最冷月平均溫度，暖風(fēng)器風(fēng)量以鍋爐BMCR工況時的進風(fēng)量進行暖風(fēng)器的選型計算。在確定暖風(fēng)器加熱面積時，要留有一定的裕度，以彌補由于制造和計算中出現(xiàn)的偏差及應(yīng)付低負荷時排煙溫度低的工況和部分暖風(fēng)器故障的情況。
　　5 工程實例
　　我院設(shè)計的某北方電廠位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準格爾旗大路鄉(xiāng)境內(nèi)的大路新區(qū)。本期建設(shè)2×300MW直接空冷抽汽供熱汽輪發(fā)電機組，配2×1065 t/h亞臨界、自然循環(huán)的循環(huán)流化床鍋爐。
　　該工程鍋爐為亞臨界、自然循環(huán)、一次中間再熱循環(huán)流化床鍋爐，共設(shè)置三臺汽冷式高效旋風(fēng)分離器;床下風(fēng)道點火器點火。采用管式空氣預(yù)熱器。
　　該工程機組燃用準格爾不連溝選煤廠的煤矸石、洗中煤和煤泥組成的混煤。煤質(zhì)分析見下表：
　　表5.1 煤質(zhì)分析表

項  目	單 位	設(shè)計煤種	校核煤種1	校核煤種2
收到基低位發(fā)熱值Qnet.v.ar	kJ/kg	12350	12550	15054
工業(yè)分析
收到基全水份        Mt	%	6.36	6.41	6.8
收到基灰份          Aar	%	44.56	43.27	41.25
干燥無灰基揮發(fā)份    Vdaf	%	40.34	40.63	44.69
空氣干燥基水份      Mad	%	2.67	2.72	2.78
元素分析
收到基碳            Car	%	33.79	34.56	34.64
收到基氫            Har	%	2.66	2.84	2.94
收到基氧            Oar	%	10.48	10.78	12.44
收到基氮            Nar	%	1.36	1.34	1.34
收到基硫            Star	%	0.79	0.80	0.59
哈氏可磨性系數(shù)      HGI	—	62	60	64
灰變形溫度         DT（t1）	℃	>1500	>1500	>1500
灰軟化溫度         ST（t2）	℃	>1500	>1500	>1500
灰熔化溫度         FT（t3）	℃	>1500	>1500	>1500
煤灰比電阻（未摻燒石灰石）	溫度120℃	4.0×1013	3.8×1013	5.40×1012

　　表5.2 灰成份分析

灰分析（未摻燒石灰石條件下）	設(shè)計煤種	校核煤種1	校核煤種2
SiO2	40.10%	39.45%	39.18%
AI2O3	48.09%	48.96%	49.11%
Fe2O3	2.08%	2.18%	2.35%
CaO	4.10%	3.57%	3.54%
MgO	0.32%	0.33%	0.36%
Na2O	0.06%	0.12%	0.11%
K2O	0.40%	0.46%	0.42%
SO3	1.80%	2.09%	2.06%
TiO2	1.79%	0.52%	0.11%
MnO2	0.74％	0.77%	0.76%
其它	0.52%	1.55%	2%

　　從上表中可看出煤質(zhì)成分中硫含量較高(校核煤最高含硫Sar=0.80%)，如果爐內(nèi)脫硫控制不好，容易造成空預(yù)器低溫腐蝕。
　　當?shù)囟嗄昶骄鶜鉁?.06℃，極端最低氣溫-36.3℃，冬季采暖室外計算溫度-19℃，夏季通風(fēng)室外計算溫度26℃，平均氣溫-10.1℃，全年日平均溫度小于5℃的天數(shù)超過了145 天。按氣象件劃分，該地屬于嚴寒地區(qū)。所以該工程一次風(fēng)機和二次風(fēng)機的入口前均布置了暖風(fēng)器。
　　6.結(jié)論
　　為防止空預(yù)器冷端低溫腐蝕，可根據(jù)當?shù)貧庀髼l件來選擇熱風(fēng)再循環(huán)或暖風(fēng)器來提高空預(yù)器入口進風(fēng)溫度。對于環(huán)境溫度較高的地區(qū)宜采用熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)，而對于環(huán)境溫度較低地區(qū)宜采用暖風(fēng)器系統(tǒng)。如果當?shù)刈罾湓缕骄鶞囟?le;-10℃，日平均溫度≤ 5℃的天數(shù)≥145 天，則屬于嚴寒地區(qū)，暖風(fēng)器應(yīng)設(shè)置在風(fēng)機的入口的風(fēng)道上;如果當?shù)夭粚儆趪篮貐^(qū)，則暖風(fēng)器應(yīng)布置在風(fēng)機出口至空預(yù)器的風(fēng)道上。
　　參考文獻：
　　[1] 中華人民共和國國家標準. 火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局 聯(lián)合發(fā)布.2011-02-18 發(fā)布 2012-03-01 實施
　　[2] 中華人民共和國國家標準. 民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范 中華人民共和國建設(shè)部， 1993.10.1實施