托电#3机运行中两侧排烟温度偏差大的原因分析及控制

摘 要：排烟温度作为电站锅炉运行的重要经济指标，排烟温度过高，会造成排烟热损失增加，锅炉效率下降，严重影响锅炉运行的经济性。托电3号机正常运行中两侧排烟温度偏差已达到18度左右，明显偏高，严重影响机组经济性和设备的安全运行，因此对排烟温度偏差大的问题进行研究与治理意义重大，本文重点从排烟温度偏差大的原因及控制措施进行了详细阐述。

关键词：排烟温度 低温腐蚀

一、引言

托电3号机正常运行中两侧排烟温度偏差始终偏大，最高达到18度左右，对机组运行经济性和安全造成一定的影响。对此，分析出排烟温度偏差大的原因和控制空预器的低温腐蚀是十分必要的。

二、正文

1.运行机组两侧排烟温度偏差大的原因分析

两侧排烟温度偏差大一般由以下原因引起（1）空预器漏风；（2）空预器堵灰；（3）锅炉尾部烟道再燃烧；（4）锅炉一、二次风暖风器一侧投入运行，另一侧未投入；（5）锅炉燃烧不均匀；（6）烟道不严密漏风；（7）单侧风机运行；（8）省煤器泄漏

2.对以下两个工况下的参数进行分析

机组正常运行时负荷400MW，4台磨煤机运行，两台上层C、F磨煤机停运的参数如下：

机组正常运行时负荷600MW，5台磨煤机运行，上层C磨煤机停运的参数如下：

根据以上两个工况的参数分析：（1）如果B空预器冷端漏风，由于B空预器需要加热的冷风量减少，B空预器出口一二次风风温应该升高，而实际B空预器出口一二次风温较A空预器的低，所以排除B空预器冷端漏风，若B空预器热端漏风，热端漏风是吸收了空预器热量的热风漏到烟气中，热风温度相对较高，同时使加热的烟气量增加，排烟温度应该较A侧高，而实际比A侧低，所以同样排除B空预器热端漏风，由于A侧排烟温度高，故A空预器冷端漏风也是不可能的，若A空预器热端漏风，A空预器出口热一二次风温度会很高，而额定负荷下实际A空预器出口热一二次风温度低于额定空预器出口热一二次风温10℃左右，且空预器漏风会导致空预器积灰，明显A空预器出入口差压低于B空预器，所以据此排除A空预器热端漏风。（2）正常运行中燃烧器的各种不同组合方式都运行时，两侧排烟温度仍然偏差大，所以排除锅炉左右侧燃烧不均匀的因素（3）根据实际情况可以排除锅炉尾部烟道再燃烧、锅炉一、二次风暖风器一侧投入运行而另一侧未投入、烟道不严密漏风、单侧风机运行、省煤器泄漏等原因。（4）额定600MW负荷下，B空预器差压比A空预器大0.15Kpa，B空预器入口烟温比A空预器仅低3.9℃而出口确低13.6℃，且B空预器出口二次风温比A空预器低29.8℃，一次风温低 9.9℃，所以综合分析引起两侧排烟温度偏差增大的原因为B空预器堵灰所致。

三、空预器腐蚀与积灰的影响因素及防范措施

1.低温腐蚀与积灰的影响因素

对锅炉来说，低温对流受热面的烟气侧腐蚀，主要发生在低温空气预热器，特别是在冷风进口端，烟气中含有水蒸汽和硫酸蒸汽，当烟气进入低温受热面时，由于烟温降低可能有蒸汽凝结，蒸汽也可能在接触温度较低的受热面时发生凝结，酸性蒸汽的凝结液接触到金属将发生酸腐蚀，水蒸汽在受热面上的凝结水也会造成氧腐蚀。水蒸汽开始凝结的温度称为露点，水蒸汽的露点决定于它在烟气中的分压力。

式中：VH O， Vgy—水蒸汽和干烟气的容积；P—烟气总压力。

根据上式算出的分压力，可由蒸汽表查出对应的饱和温度，也就是水蒸汽的露点。一般水蒸汽的露点为30～65℃，而排烟温度远大于此值，可见一般蒸汽不易在低温受面结露。烟气中还含有硫酸蒸汽，为燃用含硫燃料时，硫在燃烧后生成SO2，其中少部分进一步氧化生成SO3，三氧化硫与烟气中的水蒸汽化合生成硫酸蒸汽。烟气中的硫酸蒸汽的凝结温度称为酸露点，烟气中SO3含量愈多，则酸露点愈高。酸露点可高达140～160℃。当硫酸蒸汽在壁温低于酸露点的受热面上凝结下来时，就会对金属受热面产生腐蚀作用，使受热面穿孔、损坏，严重的只要三、四个月就要更换受热面，对锅炉的正常运行影响很大，也增加了金属和资金的消耗。与腐蚀同时，液态硫酸还会粘结烟气中的飞灰使沉积在潮湿的受热面上，从而造成堵灰现象。使烟道通风阻力增加，排烟温度提高，甚至被迫停炉，极大地影响了锅炉的安全性和经济性。

除低温腐蚀外，水、硫酸两相混合物在冷端受热面上凝结所导致的第二个问题是积灰。腐蚀和积灰总是相互促进的，当受热面结露后，就会容易粘住未燃尽的剩余物，形成积灰层，它对于生成硫酸液膜也更有利，因为此时硫酸处于积灰层的毛细孔之中，当预热器周期性加热时，硫酸的蒸发比其它处于光滑的液膜时更为缓慢，故积灰受热面上的腐蚀比清洁受热面快。另外，积灰还会影响空气预热器的换热和烟气的流通，严重的积灰还会堵塞烟气通道，以致降低锅炉出力甚至被迫停炉。

1.1低温酸腐蚀机理

烟气中三氧化硫的形成主要有两种方式：

一是在燃料反应中，二氧化硫与火焰中原子状态的氧反应，生成三氧化硫，

SO2 + [O] → SO3

二是二氧化硫在烟道中遇到氧化铁（Fe2O3）氧化钒（V2O5）等摧化剂时，可能与烟气中的过剩氧反应生成三氧化硫。

一般烟气中的SO3含量很少，只不过占总容积的百万分之几十，但是，即使少量的SO3，也会使露点提高很多。例如，为烟气中SO3含量为15～30PPm时，硫酸汽的露点约在120～150℃范围内。酸露点愈高，腐蚀范围愈广，腐蚀也愈严重。

目前，还没有计算烟气露点的理论式，可用下面经验公式来计算含硫烟气的露点：

式中：tn-按烟气中水蒸汽分压力计算的水蒸汽凝结温度；

-燃料应用基折算硫分和灰分；

αfh-燃料灰分中飞灰占有的份额。

受热面的腐蚀速度既与硫酸凝结量和硫酸浓度有关，又为管壁的温度有关。

硫酸浓度对受热面腐蚀速度的影响如图1所示。开始凝结时产生的浓度硫酸时钢材的腐蚀作用很轻微。而当浓度为56%时，腐蚀速度最高。硫酸浓度进一步降低，腐蚀速度也逐渐降低。

除浓度外，单位时间在管壁上凝结的酸量也是影响腐蚀速度的因素之一。随着凝结酸量腐蚀加剧。管壁上凝结的酸量与管壁温度有一定关系。图2所示出煤粉炉中尾部受热面上凝结酸并随壁温的变化。受热面壁温除影响凝结酸量以外，还直接影响腐蚀化学反应的速度。随着壁温增高，腐蚀化学反应速度增大。

腐蚀速度μg/（m2·s） 酸沉积率相对值%

图1 硫酸浓度对碳钢腐蚀速度的影响 图2 凝结酸量与管壁温度的关系

图3 腐蚀速度与管壁温度的关系

综上可知，尾部受热面金属实际的腐蚀速度即与壁面上凝结的硫酸浓度有关，又与壁温有关。图3所示为一台煤粉炉中整个受热面腐蚀速度与管壁温度的关系。由图可知腐蚀严重的区域有两个：一是发生在壁温为水露点附近；而一个发生壁温约低于酸露点15℃的区域。壁温介于水露点和酸露点之间，有一个腐蚀较轻的安全区。形成上述腐蚀变化规律的原因是：顺着烟气流向，当受热面壁温到达露点时，硫酸蒸汽开始凝结，腐蚀亦即发生，如图中A点附近。些时虽然壁温较高，但凝结酸量较少，且浓度亦高，故腐蚀速度较低；随着壁温降低，硫酸凝结量逐渐增多，浓度却降低，并逐渐过渡到强烈腐蚀过渡区，因此腐蚀速度是逐渐加大的，至B点达到最大；壁温继续降低，凝结酸量开始减少，浓度也降至较弱腐蚀浓度区，此时腐蚀速度是随壁温降低而逐渐减小的，到C点达到最低。当壁温到达水露点时，管壁上的凝结水膜会同烟气中的SO2结合，生成H2SO4溶液，它对受热面也会产生强烈腐蚀，因此，随着壁温降低，腐蚀又加剧。

1.2影响低温腐蚀与积灰的因素

由上述分析可知，空气预热器的低温腐蚀的根本原因是由于烟气中生成了少量的三氧化硫，使烟气露点大幅度上升，以致酸露点高于金属壁温所致烟气中硫酸蒸汽量加多，既提高烟气露点，又增多硫酸凝结量，因而提高了腐蚀速度。硫酸蒸汽量决定于三氧化硫量，所以说三氧化硫量的多少对腐蚀稳度有决定性的影响。烟气中二氧化硫的形成与燃料硫分，排烟温度，燃料空气量，飞灰性质和数量以及摧化剂的作用等有关。

1.2.1燃料中硫分愈多，使烟气中生成SO3就愈多。

1.2.2炉膛火焰温度愈高或燃烧热强度愈大，则使氧分子离介或氧原子就愈多，从而增加了SO3含量。

1.2.3过剩空气量增加，也会使火焰中原子氧增加，因而使SO3量增加。

1.2.4飞灰中有些物质如Fe2O3，V2O5等有摧化作用，能促使SO2再氧化成SO3。但飞灰中未燃尽的焦炭粒以及飞灰中的钙镁氧化物和磁性氧化铁（Fe3O4）却有吸收或中和SO2和SO3的作用，因而飞灰多则往往三氧化硫量小。

1.2.5摧化剂的作用是很显然的，但是摧化剂的摧化能力与温度有关，大约壁温为500～600℃时摧化能力最强，这正是过热器管壁的温度范围，可以Fe3O4和V2O5会在过热器区使较多的SO2变成SO3。

2.减轻低温腐蚀与积灰措施

既然空预器低温腐蚀的根本原因在于烟气中含有SO3，使烟气中酸露点高于了金属壁温tsl>tb，要减轻空预器低温腐蚀就得从两方面着手：一是采取措施，降低烟气中SO3含量，使酸露点降下来；二是采取措施提高空预器冷端的金属壁温。使之高于壁温，至少应高于腐蚀速度最快时的壁温。欲达到这一目的，具体采取措施如下：（1）燃料脱硫：如果煤中黄铁矿（FeS）较多，可以在煤进入制粉系统之前利用重力不同将黄铁矿分离出来，但也只能去掉一部分。燃烧中的有机硫很难去除。这种方法作用不明显。（2）低氧燃烧：在煤燃烧过程中，降低过剩空气系数和减少漏风，减少烟气中的剩余氧气，能显著降低SO3的生成。低氧燃烧，必须强调燃烧要完全，否则不但经济性差，而且烟气中仍有较多的氧气，达不到降低SO3量的目的。（3）采用抑止腐蚀的添加剂：目前，使用最广的添加剂是石灰石或白云石。粉末状的白云石混入燃料中或直接吹入炉膛或吹入过热器后的烟道中，它会与烟气中的SO3（或H2SO4）发生作用而生成CuSO4和MgSO4，从而降低烟气中的SO3（或硫酸蒸汽）的分压力，减轻低温腐蚀。反应生成的硫酸载是一种松散的粉末。必须加强吹灰来予以清除。但长期使用后仍会使受热面积灰增多，污染加重，影响传热。（4）提高空预器受热面的壁温，温度低时及时投入暖风器。（5）投入空预器吹灰器：回转式空预器的传热元件布置得十分紧密，比较容易造成受热面的积灰和堵灰。为此，在锅炉启动、煤油混烧、长期低负荷运行时要增加吹灰次数。（6）对受热面进行水冲洗：当用吹灰方法已无法清除受热面上的积灰情况下，利用停炉检修时间，对受热面进行水洗，由于沉积物很多都是水溶液，因此，用水清洗可以收到良好的除灰效果。

参考文献

[1]黄新元 .《电站锅炉运行与燃烧调整 》 .

[2]樊泉桂.《锅炉原理》.

[3]汪淑奇 杨继明.《锅炉设备与运行》.