空气预热器泄露的原因分析及措施

戚虎

摘 要：中韩石化热电联产装置三台CFB锅炉于2012年12月、2013年1月份、2013年4月份投用，已经运行近4年时间，自2015年6月份开始，三台CFB锅炉空气预热器开始出现不同程度的泄露，其中1#CFB锅炉泄露尤其突出，本文对空预器泄露的原因进行分析，结合运行和检修经验提出一些措施，并对空预器的整体更换提出一些材质升级的建议。

关键词：空气预热器；磨损；低温腐蚀；

1 设备简介

1.1 布置位置和工艺用途

空气预热器是绝大多数锅炉用来回收利用尾部排烟余热的换热器，中韩石化热电联产装置每台CFB锅炉在竖井烟道尾部省煤器下面设置有空气预热器，为管式横向布置，一次送风机和二次送风机出口的冷风从空预器底部进入空气预热器管束内，经与从上而下的烟气进行对流换热后，冷风被加热到230℃左右从空预器顶部排除进行炉膛进行流化床料和助燃，同时排烟温度从320℃左右降至140℃左右。

1.2 设备结构

中韩石化热电联产装置CFB锅炉空预器由5个箱体组成，每个箱体又由4个模块组成，一共有管束13800根，管束规格为φ60.3mm*2.9mm，长度为5694mm，上面四个箱体材质为Q235，下面一个箱体材质为Q335。

2 目前运行现状

热电联产装置目前三台CFB锅炉空预器自2015年3月份后都存在一定程度的泄露，其中尤其以1#CFB锅炉泄露最为严重，在2016年4、5月份的大修期间， 1#炉空预器打套管1054根，2#炉打套管455根，3#炉打套管390根。而且目前1#CFB锅炉泄露明显增大，已经制约锅炉带负荷和安全运行，计划下次检修期间对1#CFB锅炉空预器下面两组进行更换。下面为1#炉运行参数进行对比（见表1）。

根据上表中运行参数，假设2014年3月份时候1#CFB锅炉空预器不存在泄露，以此时运行参数作为参考，可计算出后期各工况下空预器漏风率为：

2016年大修前：漏风率：（369*57.2/52.4-369）/369* 100% = 9.2%。

2016年大修后：漏风率：（369*54.2/52.4-369）/369* 100% = 3.4%。

目前工况下：漏风率：（369*59.6/52.4-369）/369* 100% = 13.7%。

由此可见1#CFB锅炉大修期间进行打套管封堵措施后，将空预器漏风率由9.2%降低到了3.4%，但是大修后运行4个月时间后，漏风率在急剧加大，目前已经达到13.7%，已经开始制约锅炉带负荷。在运行中可以从多个参数反应出空气预热器泄露的情况：一次风机、二次风机入口挡板开度和电流相应增加；引风机入口挡板和电流相应增加；空预器压降增加；空预器出口风温降低；排烟温度降低；风室压力降低；锅炉床温上升等。

3 空预器泄露原因分析

空气预热器是一个换热器，管程走了的是空气，壳程走了的携带粉尘的烟气，运行过程中处于恶劣的环境，造成空气预热器泄露的原因是多方面的綜合原因造成了，其中主要原因有磨损和低温腐蚀。

3.1 磨损造成的泄露

中韩石化热电联产装置三台锅炉在2016年4、5月份大修期间检查中都发现有泄露情况，泄露的区域主要是管箱两端冷风入口处和管箱的角落部位，以及管箱上面两层管束，泄露的具体位置是管束入口100～200mm位置（见图2），管束中间部位泄露较少。而且这些泄露的部位都出现管壁外侧减薄的现象，由此可以看出磨损是引起管束泄露的原因。因为烟气中携带大量的粉尘，并以较快的速度（8m/s）与管束发生摩擦，而且携带粉尘的烟气进入管束间隙时存在非常明显的气流集束，并且在管束的端部和角落处会有涡流现场产生，因此造成了空气预热器管束磨损减薄直至泄露。

3.2 低温腐蚀造成的泄露

热电联产装置每台炉空预器由五组组成，上面四组的材质均为Q235，最下面一组的材质为Q335GNH，在设计时就已经考虑到处在温度低的一组容易发生腐蚀，才将材质升级为耐腐蚀材料，Q335GNH相对于Q235具有一定的耐腐蚀功能。中韩石化三台锅炉全为燃煤锅炉，煤炭内含有一定量的S，燃烧后会产生流化物，与水汽结合反映形成硫酸、亚硫酸等酸性物质以气体形式随烟气经尾部烟道排至后续的脱硫系统，酸性物质的露点一般在100℃～120℃，当排烟温度低于烟气的露点时，酸性成分就会析出附着在空预器管束表面，直接对管束造成腐蚀直至穿孔。只要管束某一处发生泄露，泄露出来的冷风与烟气混后温度迅速降低，进一步加剧酸性腐蚀，周围管束将加快泄露，并蔓延开来。

3.3 脱硫脱硝系统的影响

热电联产装置三台CFB锅炉在2015年新上了三套脱硫脱硝系统，在脱硫脱硝系统建设前，脱硫采用炉内喷石灰石，排烟SO2含量一般控制在200mg/Nm3，脱硫脱硝系统增加后，就停止了炉内喷石灰石系统，导致经过空预器的烟气SO2含量大幅度增加，一般在800 mg/Nm3，由于烟气中SO2含量的增加，进一步加剧了酸性腐蚀。

脱硝是采用SNCR法，向炉膛内喷入5%的尿素溶液，每小时喷入量约为500kg，温度约为30℃～50℃，使排烟温度比原先下降约10℃，也是加剧空预器低温腐蚀的原因之一。同时喷入的尿素溶液不可能完全与烟气的中的NOx反映，一部分没有反映完全的就以氨的形式随烟气进入尾部烟道（目前热电联产装置三套脱硝系统氨逃逸在3ppm～5ppm之间）。氨的逃逸造成了一定量硫酸氢氨的生成，硫酸氢氨具有极强的黏附性，牢牢的附着在空预器管束表面，发生电化学反应，致使管束发生电化学腐蚀。

4 空预器泄露的措施

4.1 运行期间的工艺调整

①适当控制飞灰再循环进入炉膛的量，飞灰再循环投入过大，会提高烟气里面粉尘的浓度，浓度越高对空预器磨损程度越大，根据运行经验，在投用飞灰再循环时控制输送压力在20kPa以内；

②在调节过量燃烧时，控制好过剩空气系数，烟气中氧量越大，生产的三氧化硫等硫化物就会越多，对管束腐蚀就会越快，一般控制锅炉排烟氧含量在3%～3.8%之间；

③在气温低的时候及时投用暖风器，保证空预器进风温度在30℃以上，提高进入空预器的进风温度，降低冷风端的低温腐蚀；

④脱硝系统在确保外排烟气NOx达标的前提下，尽可能的控制工艺参数在上限运行，降低向炉内喷入尿素的量，从而降低氨逃逸量，降低空预器腐蚀速度。

4.2 空预器泄露后的处理措施

①空预器泄露后，只能在停炉期间进行处理，如果泄露发生在中间部位，且总泄露量小于总换热面积的5%，可以采取封堵措施，直接将泄露的管两端封堵（见附图1）；

②如果泄露是发生在管束入口端部，可以采取打套管的措施，向泄露的管内打入管径小的一段管，将泄露部位挡住，打入套管的长度视泄露位置而定，一般为150mm～800mm不等（见附图2）。中韩石化1#炉空预器打套管1054根，2#炉打套管455根，3#炉打套管390根；

③在空预器端部和角落处增加防磨瓦，阻止或者减缓烟气在局部位置形成涡流；

④如果泄露严重，漏风率大于15%，对锅炉安全经济运行建议只能整个模块进行更换。

4.3 对空预器材质升级的建议

本文3.1中描述，根据多次检修期间检查的情况发现，空预器泄露的主要部位为：每组管箱上面两层管束和靠近墙壁角落部位，见附图3红色管束，以及两端冷风进口部位。导致管箱上面两层管束和靠近墙壁角落部位泄露的主要原因是磨损，在原设计时就考虑将每组管箱最上一层管束加装了防磨片。

中韩石化热电联产装置计划对空预器下面两组泄露比较严重的进行更换，初步计算更换期间需停炉40天左右，给公司带来较大的经济损失，同时检修期间也对全厂造成较大的生产风险。很多兄弟单位为了延长空预器的使用寿命对下面两组空预器都采取材质升级，一般升级后的材质选用ND钢的较多，ND钢具有一定的防磨和放腐蚀功能，但是ND钢的价格约为Q355的两倍，成本较大。为了做到既经济又能达到延长设备使用寿命的效果，并结合运行中实际现象，建议对容易发生泄露区域的管束进行材质升级，对每组管箱上两层和靠近墙壁的两层，以及最底层管束进行材质升级，选用ND钢。按照此方案，每组管箱需要材质升级的管束只有429根，占全部管束的15.5，可大幅度降低成本，但同样能取到延长设备寿命的效果。

5 结束语

引起锅炉空预器泄露的原因是多方面的，而且各種因素之间是相互影响和叠加的，在平常生产运行中，我们要通过精细化操作，尽可能的减缓空预器的穿孔泄露，并通过一些措施延长空预器的使用寿命，增加系统的经济性和可靠性。

参考文献：

[1]岑可法，等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京：中国电力出版社，1998.