空预器堵灰原因分析及预防

〔摘要〕 针对回转式空气预热器在冬季发生低温腐蚀并造成严重堵灰以至于被迫停机的事故现象，根据现场的实际情况，对空气预热器在运行中出现的各种情况进行了认真分析研究，透析低温腐蚀机理，找出空气预热器发生堵灰的根本原因，通过计算确定了锅炉在运行中送风机入口温度（即暖风器出口温度）的最佳控制点，并提出了在温度变化时应该采取的合理技术控制措施，从而保证了空气预热器的正常运行，确保了电力生产的安全。

〔关键词〕 空气预热器；低温腐蚀；堵灰；控制；预防



华能丹东电厂二台350MW燃煤机组于1998年11月、12月相继投产。锅炉系英国Babcock锅炉厂制造，采用一次中间再热、单炉膛、平衡通风自然循环汽包炉。空气预热器布置在尾部烟道中，采用受热面回转三分仓再生式空气预热器。数量：2台；型号：29.5 VNT 2020；受热面积:32752㎡；转子转速：0.75rpm；转子盘车转速：0.38rpm：材质：低碳钢及碳钢；旋转方向：烟气 → 一次风 → 二次风。顶部和底部上下对应地被分隔成烟气流通区(165°)、一次空气流通区(33.75°)、二次空气流通区(116.25°)和密封区(45°)四部分，各流通区与相应的烟、风道相接。空气预热器还配有固定式水洗装置和吹灰装置，在送风机的入口装有暖风器。去年冬季由于空气预热器严重堵灰，导致机组被迫停机临检。因此，在运行中必须对空气预热器的运行状况给予足够的重视，以确保机组的安全稳定运行。

1 空气预热器堵灰的原因分析

1.1 运行中空气预热器堵灰的现象分析及危害

在运行中，首先发现一次风压、二次风压开始有摆动现象。之后摆幅逐渐加大，且呈现周期性变化。摆动一个周期为79秒，而空气预热器正常运行的转速为0.75rpm (即旋转一周的时间为80秒)，恰好吻合，这说明空气预热器有部分堵塞现象。这是因为当堵塞部分转到一次风口时，一次风压(空气预热器后一次风母管压力)开始下降，为维持设定的一次风压，一次风机的入口档板便自动开大。当堵塞部分转到二次风口时，二次风压(空气预热器后二次风母管压力)又开始下降，同理为维持所需的二次风压设定值，送风机入口档板必须开大以适应二次风压的下降，在低负荷时由于燃烧所需的风量较小，产生的烟气量相对较少，一般还能维持机组的正常运行，随着负荷的不断增加，所需的一次风、二次风量开始逐渐增多，一次风机、送风机的出力便不断增大，当接近满负荷时送风机入口导叶的开度达到90%以上，因此，当堵塞部分转到二次风口时，便造成二次风压下降，为保证二次风压送风机便自动开大入口导叶，而此时该送风机的风量却达到最小，送风机电流下降至最小值。堵塞部分转过之后，风量又开始增大，由于风量的忽大忽小至使送风机发生喘振，送风机失速保护动作，机组发生RB事故。

1.2 空气预热器堵灰的机理

空气预热器布置在省煤器之后的烟道中，利用烟气的余热加热锅炉燃烧所需的空气，以提高整个机组的经济性。由于烟气中含有水蒸气，而烟气中水蒸汽的露点(即水露点) 一般在30-60℃,是较低的，在燃料中水分不多的情况下，在空气预热器的低温受热面上是不会结露的。但是在燃料燃烧过程中，根据燃料中灰分的性质和采用的燃烧方式，燃料中的硫分可能有大部分(约70-80%)形成SO2及SO3并转入烟气中，烟气中的三氧化硫与水蒸汽形成硫酸蒸汽，而硫酸蒸汽的露点(也叫酸露点或烟气露点)则较高，根据有关研究，烟气中只要有少量的三氧化硫，烟气的露点也会提高很多。烟气露点的提高，使低温受热面在壁温低于烟气露点以下的部分有大量硫酸蒸汽凝结，引起该

处受热面金属的严重腐蚀及堵灰。

1.3烟气中水蒸汽及烟气的露点

1.3.1 烟气中水蒸汽的露点（水露点） ：

根据燃料的元素分析成分计算出烟气中的水蒸汽容积及烟气总容积

Vo = 0.0889(Car+0.375St,ar)+0.265Har-0.0333Oar

=0.0889(46.79+0.375×0.42)+0.265×3.16-0.0333×10.5

=4.66138 Nm3/kg

VRo2 =(1.866Car+0.7St,ar)/100

=(1.866×46.79+0.7×0.42)/100

=0.876 Nm3/kg

VN2 =0.8Nar/100+0.79 Vo +0.79(a-1) Vo

=0.8×0.84/100+0.79×1.2×4.66138

=4.4257 Nm3/kg

Vo2=0.21(a-1) Vo

=0.21×(1.2-1)×4.66138

=0.1957 Nm3/kg

VH2o=0.0124Mt+0.111Har+0.0161Vo +1.24Mwh+0.0161(a-1)Vo

=0.0124×13.68+0.111×3.16+0.0161×1.2×4.66138

=0.61 Nm3/kg ( 煤粉炉忽略Mwh)

Vy = VRo2+ VN2 + Vo2 + VH2o

=0.876+4.4257+0.1957+0.61

=6.1074 Nm3/kg

运行中为保持正常的炉膛负压（-70Pa）,根据负荷的变化情况烟道处（空气预热器附近）的负压一般应控制在-150～-250Pa,取其平均值-200Pa,而电厂的当地大气压(实测平均值)Po=102130 Pa,因此烟道内的烟气压力Py=102130-200=101930 Pa,所以烟气中水蒸汽的分压力及水露点

PH2O=PyVH2o/ Vy

=101930×0.61/6.1074

=10180.6497 Pa

查水蒸汽压力表得知烟气中水露点为 ：

ts=43.7℃

1.3.2 烟气中硫酸蒸汽的露点（烟气露点）：

根据设计锅炉时的烟气露点公式
燃料折算硫分： SarZS = 1000×4.1868St,ar/Qnet,ar %

= 4.1868×0.42/17.32 %

= 0.10154%

燃料折算灰分 ： AarZS = 1000×4.1868Aar/Qnet,ar %

= 4.1868×24.61/17.32 %

= 5.95%

正常运行中为保证燃烧完全氧量一般保持在 O2=3.66%

而炉膛出口过剩空气系数此时为 a = 1.2l 因此取

β=121

飞灰份额 取αfh =90%

tl=β + ts ℃



————

3√0.10154

= 121 ———————— + 43.7

1.050.90×5.95



= 87.17 ℃

1.4 环境温度的变化对空气预热器的影响

1．4.1 暖风器出口空气温度的确定

根据有关资料及实验数据表明，空气预热器发生低温腐蚀一般在酸露点以下30-40℃最为严重，因此应将空气预热器冷端壁面温度控制在47-57℃范围内。根据空气预热器冷端壁面的金属温度的计算公式：



Jyxy+tk xk

tb =————— ℃ ( 1-2 )

xy + xk



tb —空气预热器冷端壁温，此处取

tb =57℃

Jy，tk — 烟气及空气的平均温度，℃

Jy =120℃（设计值）,

xy ，xk — 烟气侧受热面与空气侧受热面各占总受热面的份额

烟气冲刷占165°　xy＝165/360=0.458

空气冲刷占150° xk =150/360=0.4167



Jy xy+tk xk

tb　= ————— ℃

xy + xk





120×0.458+ tk×0.4167

= —————————— ℃

0.458+0.4167

= 57 ℃

tk =12.24℃

从上面的计算中可以看出，在机组正常运行的情况下，燃用设计煤种时在保证空气预热器的冷端壁温的情况下，锅炉燃烧所需的空气如果经过暖风器后被加热到20℃以上(机组设计值如下表所示)再送往空气预热器，受热面便不会发生低温腐蚀。


1.4.2 气温的急剧变化对空气预热器的影响

2000年年底，由于多方面原因造成暖风器经常漏泄，暖风器被迫停运，由于气温比往年低再加上气温的急剧下降，送风机入口温度最低曾降至-21℃，负荷250MW时排烟温度只有71℃(设计值为121℃)，此时空气预热器冷端综合温度只有50℃，严重偏离设计值。根据( 公式1-2 ) 计算得出空气预热器冷端壁温只有27.17℃，不但低于硫酸蒸汽露点(tl =87.17℃)60℃，而且低于烟气中水蒸汽露点(ts =43.7℃)16.53℃。根据有关资料介绍，低温受热面发生严重腐蚀通常在受热面壁温低于酸露点30℃左右以及水露点以下两个区域。可见当受热面壁温达到酸露点时，硫酸蒸汽便开始凝结，腐蚀即开始发生，由于壁温的持续下降凝结的酸量不断增加，且此处金属的壁温还较高，因此腐蚀速度达到最高点。由于空气预热器冷端壁温低于硫酸蒸汽露点达35℃以上，因此凝结的酸液浓度上升的同时，凝结量也在不断增多，因而腐蚀速度进一步加快。同时由于空气预热器壁温严重低于烟气中水蒸汽的露点，大量的水蒸汽及稀硫酸液凝结，烟气中大量的SO2直接溶解于水膜中，形成亚硫酸溶液(H2SO3)，后者对金属的腐蚀是极为严重的。此时，烟气中HCI也可溶于水膜中起腐蚀作用，因此在水露点后，腐蚀速度剧烈上升，导致大量的水蒸汽及稀硫酸液凝结，由于烟气中有大量灰分，灰分沉积在壁面时，将被水及酸液粘湿起化学作用后发生硬结，由于持续的低温天气使得受热面积灰日趋严重，将大部分空气预热器堵死，最后不得以机组降低出力运行，直至机组被迫停运。

2 防止空气预热器堵灰的措施

低温受热面的腐蚀和堵灰的根本原因是由于烟气中存在SO3以及受热面金属壁温低于烟气露点的缘故。因此要减轻和防止低温腐蚀与堵灰应从以下几方面着手：

2.1提高受热面壁温在烟气露点以上

如果使低温受热面壁温高于烟气的酸露点，则硫酸蒸汽不能在金属表面凝结就不会发生腐蚀。从空气预热器的冷端壁面温度公式 1-2 可以看出要提高壁温，就要提高排烟温度及冷空气温度。提高排烟温度可以提高壁温，从而减轻腐蚀，但因此降低锅炉工作的经济性，增加了排烟损失。提高空气预热器入口冷空气温度可提高冷端受热面壁温，防止结露腐蚀，在运行中是可以实现的。在运行过程中，根据送风机入口温度及时投入锅炉暖风器运行，根据负荷的变化保持空气预热器入口冷风温度在20-50℃的范围。并根据排烟温度的情况及时观察暖风器调温风档板的自动调节情况，使其保持合适的开度，以确保空气预热器冷端综合温度在规定范围内。

2.2 加强对空气预热器出、入口差压的监视，发现异常及时采取措施避免堵灰加剧。

运行中应加强对空气预热器出、入口一次风、二次风及烟气差压监视，持别是在冬季温度急剧下降时尤期注意，如果暖风器因故不能正常投运时，调整不当很容易发生空气预热器冷端低温腐蚀，造成空气预热器堵塞，如不及时采取措施堵塞将会越来越严重，由于受热面安装在转子各中隔框内，分高温、中温、低温三层。每层受热面所采用的材料和厚度均不同，以适应各区段的不同壁面温度和工作条件。当发现空气预热器出、入口一次风、二次风及烟气差压有异常变化时，应加强调整，采取加强吹灰等措施。如采取措施后仍不见好转，确认为冷端受热面薄板有可能被腐蚀并开始积灰时。应利用停机机会及时对冷端受热面进行更换，以确保受热面清洁，防止堵灰加剧，从而保证空气预热器能够正常运行。

2.3加强对暖风器系统的维护，保证暖风器正常投入。

利用停机的机会对暖风器系统进行彻底改造，避免暖风器在运行中的漏泄现象，在冬季停用暖风器时，一定要对暖风器进行彻底隔绝并进行吹扫，将暖风器内的存水全部清除，以防暖风器被冻裂。在环境温度低时(气温低于0℃)、锅炉启停炉由于负荷较低，致使锅炉热负荷较低时、高压加热器因故停运时以及其它各种因素造成排烟温度偏低应及时投入暖风器运行。以确保空气预热器冷端综合温度在规定范围内。

2.4 加强空气预热器吹灰和水洗工作确保受热面清洁

由于空气预热器的传热元件布置较紧密，烟气中的飞灰易沉积在受热面上，使气体流动阻力增加，严重时甚至会将流通截面完全堵死，影响空气预热器的正常工作，此外低温受热面如结了灰将造成金属壁温更低，硫酸蒸汽能透过灰层扩散到金属壁上，形成硫酸，使结灰变硬，更难清除。因此在运行中应确保空气预热器吹灰器能够正常投入，吹灰时尽量保持高一点的负荷，以保证受热面一定的壁温。同时吹灰前要将吹灰蒸汽疏水彻底排净，吹灰时吹灰蒸汽应保持足够的过热度。避免湿蒸汽经吹灰器进入空气预热器从而加剧堵灰。吹灰工作每班必须进行一次，并做好记录，发现缺陷及时联系有关部门进行处理。

为了保证受热面清洁，空气预热器还配有固定式水洗装置，因此当发现空气预热器有堵塞现象时，在运行中或停机时均可以对空气预热器进行水洗。水洗后空气预热器经脱水后必须进行彻底干燥以防空气预热器再次投运后发生受热面腐蚀。

2.5，加强燃烧调整，保持适当的过量空气系数，减少三氧化硫的产生。

烟气中形成的三氧化硫的多少与燃料硫分、火陷温度、燃烧热强度、燃烧空气量，飞灰性质与数量和锅炉受热面的催化作用等等因素有关。运行中由于燃料中的硫分难以控制，为了保证电负荷要求就必须要保证锅炉的热负荷，才能满足蒸发量的要求，因此，保证适当的过量空气系数可以降低烟气中的三氧化硫的形成。这是因为当燃烧空气量增加，火焰中氧原子浓度增加，使形成的三氧化硫量也增加的缘故。由于我厂采用了低NOx 轴向旋流燃烧器，适合于低氧燃烧，在燃烧器的上方布置有后风口以保证燃烧过程中的氧量不足从而确保燃料的完全燃烧，因此在运行中应加强燃烧调整，保持合适的过量空气系数，不但能降低烟气中NOx的含量同时又能减少SO3生成，控制硫酸蒸汽的形成，从而最大限度地降低空气预热器的腐蚀。

3.结束语：

空气预热器堵灰给锅炉安全运行带来了严重的危协，因此在运行中应加强监视和调整，针对运行中出现的各种现象认真分析，制定出相应的技术措施，保证设备具备良好的状态。只有这样才能够使空气预热器不发生低温腐蚀，减少堵灰，从而确保锅炉空气预热器的安全运行。