回转式空气预热器的冷段堵灰分析与进口风温计算
朱予东1,阎维平1,黄景立1,米长武2
(11华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点试验室,河北保定071003;
21白音华煤电有限公司铁路建设处计划部内蒙古赤峰024070)
摘要:根据文献[1]推出的回转式空气预热器的冷段受热面的平均金属壁温计算式,分析了最低壁温计算中存在的问题,建议了合理的最低壁温,对某燃煤电厂的220MW机组锅炉的回转式空气预热器的冷段最低壁温、酸露点温度与冷风温度进行了计算与比较,空气预热器发生堵灰的根本原因在于烟气中存在SO3以及受热面金属壁温低于烟气露点。对此,提出了提高受热面壁温在烟气以上的控制措施。所得结论对合理选取回转式空气预热器的最低进口风温,避免冷段堵灰、电站锅炉的安全运行具有重要的工程参考价值。
关键词:回转式空气预热器;金属壁温;酸露点;堵灰
中图分类号:T K222 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2007)05-0064-04
Analysis of cold sector ash fouling and caculating of
inlet air temperature of regenerative air heater
ZHU Yu2dong1,YAN Wei2ping1,HUAN G Jing2li1,M I Chang2wu2 (11K ey Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment of
Ministry of Education,North China Electric Power University,Baoding071003,China;
21Railway Construction Place Planning Department,Baiyinhua coal&electric Co.Ltd.,Chifeng024070,China) Abstract:Based on the calculate formula of regenerative air heater’s averge tube temperature of cold section intro2 duced by the document[1],the existence problem of the minimum surface temperature’s calculating is analyzed in this paper,the rational minimum temperature is suggested.Taking the air heaters of220MW utility boilers as a case study,the minimum of cold metal temperature,the acid dew point temperature and the inlet air temperature are cal2 culated and compared.The basic causes leading to ash-clogging in the said air heaters were:SO3existing in the flue gas and the wall temperature of heating surface was lower than dew point of the flue gas.For these reasons,some control measures for enhancing wall temperature of the heating surface are put forward,so as to ensure the normal op2 eration of the said air heaters.The proposed method and results can be a reference in choosing the reasonable inlet air temperature.
K ey w ords:regenerative air heater;temperature of metal surface;acid dew point temperature;ash fouling
0 引 言
三分仓回转式空气预热器具有结构紧凑、布置方便、调节灵活、热效率高等优点,国际上大容量火电机组均采用该种形式的空气预热器。自八十年代开始,国内在300MW以上的机组中越来越多采用三分仓回转式空气预热器,但是由于该空气预热器冷段受热面的最低壁温可能会低于酸露点温度,因此,冷段受热面会出现硫酸蒸汽凝结,造成冷段受热面发生不同程度的堵灰,如果冷段受热面设计不当或者吹灰设备运行不当[2],会造成一、二次风压差过大,严重时会造成风机发生喘振。本文就影响冷段堵灰的因素进行分析并对进口风温进行计算,对指导大型火电机组锅炉的安全运行具有很好的工程参考价值。
1 空气预热器冷段的腐蚀机理冷段低温腐蚀的产生是由于燃料中含有的硫分在燃烧过程中形成二氧化硫,其中少量的二氧化硫进一步氧化成为三氧化硫,三氧化硫与空气
第34卷第5期2007年9月 华北电力大学学报
Journal of North China Electric Power University
Vol134,No15
Sep1,2007
收稿日期:20072042191
中的水分化合为硫酸。这当壁面温度低于硫酸蒸汽的露点时,硫酸蒸汽就会凝结在壁面上造成传热金属元件的腐蚀。燃烧过程中产生的二氧化硫对传热元件的腐蚀没有明显影响,三氧化硫却不同,尽管其含量低但是它对低温腐蚀的影响却十分显著。三氧化硫的生成一般认为有三种原因:
(1)在高温下分解的自由氧原子[O]与SO2作用生成SO3
SO2+[O]=SO3
由于生成的SO3不多,故实际上认为SO2浓度不变,因此SO3的生成是决定于氧原子的量。
(2)催化剂促使二氧化硫被氧化,当高温烟气流过带灰的对流受热面时由于灰中的V2O5和Fe2O3的催化作用,SO2与烟气中的过量氧结合生成SO3。
2SO2+O2=2SO3
或SO2+O2=SO3+[O]
(3)金属表面被腐蚀后的产物FeSO4,由于硫酸盐分解生成的SO3数量不多,所以它是一个次要因素。
2 烟气中酸露点的计算
华北某热电厂当前运行工况的煤质的元素分析与工业分析,其特征数据见表1。
表1 2号炉现烧煤的元素分析与工业分析
Tab11 Ultimate analysis and approximate analysis of the fired coals of the boiler2
C ar/(%)H ar/(%)O ar/(%)N ar/(%)S ar/(%)A ar/(%)M ar/(%)V ar/(%)Q ar1net/(kJ/kg) 611823180717501970188181786102819823380
2号炉烟气露点计算如表2。根据燃料的元素分析成分计算出烟气中水蒸气的容积、烟气容积(标准状态)、水蒸气分压力 水露点温度以及酸露点[3]随烟气中水蒸汽分压下的水蒸汽冷凝温度t sl,和工作燃料的中的折算硫分S ar,zs的不同,烟气的露点温度等于t ld=t sl+Δt;随燃料的折算灰份和折算硫分A ar,zs和S ar,zs的不同,Δt 的数值按下式确定[3]:
Δt=
β×(S
ar,zs
)^(1/3)
1105^(αfh A ar,zs)
(1)式中:β为与过量空气系数有关的常数,当α″1= 114～115时,β=129;当α″1=112时,β=121; S ar,zs,A ar,zs为受到基折算(每1000kJ的折算值)硫分及灰分,g/MJ;αfh为飞灰占总灰分的份额。
表2 2号炉烟气酸露点计算
Tab12 The acid dew point temperature of the boiler2
序号名 称计算公式或数据来源数值1空气预热器出口过量空气系数α″ky实测平均值1127
2理论空气量V K0/(m3/kg)010889×(C ar+01375×S ar)+
01265×H ar-010333×O ar
61274
6理论氮气量V N
2
/(m3/kg)0179×V K0+01008×N ar41964
7理论三原子气体量V RO
2
/(m3/kg)0101866×(C ar+01375×S ar)1116
8理论水蒸汽量V H
2O
/(m3/kg)01111×H ar+010124×M ar+010161×V ko01597
9空预器实际水蒸汽量V H
2O-ky
/(m3/kg)V H
2
O
+010161×(α″ky-1)×V ko01625
10空预器实际烟气量V y/(m3/kg)V RO
2+V N
2
+V H
2
O
+(α″ky-1)×V K081427
11空预器出口水蒸汽分压V yP-H
2O
/bar V H
2
O-ky
/V y×0198010726
12水露点温度t st/℃查饱和水蒸汽表391684 13飞灰系数αfh文献[4]0195
14折算灰份A ar,zs/(%)A ar,zs=
A ar
Q ar,net
×418731363
15折算硫份S ar,zs/(%)S ar,zs=
S ar
Q ar,net
×418701158
16烟气露点温度t ld/℃t ld=t sl+β×(S
ar,zs
)^(1/3)
1105^(αfh A ar,zs)
9516
56
第5期 朱予东,等:回转式空气预热器的冷段堵灰分析与进口风温计算
