何飛德，俞軍霞，倪 波，李宏梅

（浙江浙能金華燃機發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 金華 321000）

0 引言

近年隨著燃機發(fā)電小時數(shù)逐漸縮小，余熱鍋爐存在長期停運可能，干法保養(yǎng)作為中長期保養(yǎng)主要手段[1]，其保養(yǎng)控制措施好壞，直接影響鍋爐管保養(yǎng)效果和成本。如何經(jīng)濟有效地做好強制循環(huán)余熱鍋爐長期停爐干法保養(yǎng)工作，還需要不斷探討和摸索。

強制循環(huán)余熱鍋爐因自身爐膛內(nèi)部鍋爐管排水平安裝布置特點限制，采用傳統(tǒng)熱爐放水加余熱烘干操作達不到干法保養(yǎng)效果，而導(dǎo)致爐內(nèi)鍋爐管內(nèi)部積水腐蝕。某燃機發(fā)電廠強制循環(huán)余熱鍋爐中長期停爐采用熱爐放水加余熱烘干十八胺成膜保養(yǎng)，實施1 年后，鍋爐管內(nèi)壁下部積水結(jié)垢較嚴(yán)重見圖1、圖2，割管進行結(jié)垢量計算已達到酸洗要求，管內(nèi)部積水痕跡較為明顯，積水部位金屬表面腐蝕較重（見圖2），為減緩管內(nèi)壁金屬積水、結(jié)垢腐蝕問題，對該爐熱力系統(tǒng)采用羥復(fù)合酸進行循環(huán)化學(xué)清洗[2]。

圖1 鍋爐管內(nèi)窺檢查

圖2 鍋爐管樣品

目前國內(nèi)燃機發(fā)電廠余熱鍋爐主要分為自然循環(huán)和強制循環(huán)2 種結(jié)構(gòu)類型，自然循環(huán)余熱鍋爐中長期保養(yǎng)采用傳統(tǒng)熱爐放水余熱烘干干法保養(yǎng)較為普遍，其熱干風(fēng)吹掃局部進行實踐運用[3-4]，強制循環(huán)余熱鍋爐目前暫無相關(guān)干法保養(yǎng)優(yōu)化的運用。以下針對傳統(tǒng)熱爐放水加余熱烘干方法在強制循環(huán)余熱鍋爐運用中存在鍋爐管積水原因進行分析，并制定相應(yīng)改進措施。

1 腐蝕原因

1.1 傳統(tǒng)干法保養(yǎng)在強制循環(huán)余熱鍋爐的運用

熱爐放水加余熱烘干的傳統(tǒng)保養(yǎng)方法在換熱鍋爐管垂直安裝的自然循環(huán)余熱鍋爐上運用較為廣泛。因其在鍋爐放水時管內(nèi)爐水受系統(tǒng)壓力和水自身重力從下集箱排出，無法存在鍋爐管內(nèi)，少量附著在管壁上的水珠或水膜，被鍋爐余熱汽化蒸發(fā)從上集箱排出，有一定的保養(yǎng)效果。而強制循環(huán)余熱鍋爐鍋爐管為水平安裝（見圖3），以該類型余熱鍋爐高壓蒸發(fā)器為例，高壓蒸發(fā)器管箱Ⅰ和Ⅱ串聯(lián)布置，其鍋爐管Φ38 mm×3.5 mm，高壓蒸發(fā)器管箱Ⅰ單根鍋爐管總長約40 m，4 個彎頭，介質(zhì)在管道內(nèi)流動的阻力較大，在熱爐放水后期壓力和熱量較低時，爐水或蒸汽較難排出，且水平安裝的鍋爐管在長期運行下容易出現(xiàn)變形，從而破壞原有鍋爐管的疏水坡度，加劇鍋爐管積水問題，圖1 中鍋爐管的腐蝕也主要集中在管道底部位置。鍋爐管積水和系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量超標(biāo)是導(dǎo)致鍋爐管內(nèi)部腐蝕的直接原因。

圖3 管箱中鍋爐管布置

1.2 鍋爐管結(jié)垢加劇腐蝕

在系統(tǒng)內(nèi)濕度和含氧量超標(biāo)的情況下，其腐蝕主要是飽和水膜中鐵被氧化產(chǎn)生Fe2O3和Fe（OH）3，是腐蝕電池的陰極去極化劑，即在陰極發(fā)生反應(yīng)：

該反應(yīng)使高價鐵再還原成低價鐵，其代價是作為陽極的鐵被腐蝕，同時高價氧化鐵在還原成磁性氧化鐵時還要放出氧氣，即：

因此，系統(tǒng)中含氧量增加，隨之加速金屬表面腐蝕，其腐蝕速度一般要比運行期間快得多。隨著鍋爐管內(nèi)壁腐蝕，氧化鐵增加，管內(nèi)壁便粗糙，加速了金屬表面結(jié)垢物沉淀，特別是粗糙度加大的位置更容易結(jié)垢。粗糙度的增加明顯會促進結(jié)垢速率與結(jié)垢量的增加[5]，這是由于粗糙表面生產(chǎn)氧化膜后，將會使表面變得更加凹凸不平，這些部位為成核、附著和化學(xué)表面活性提供了附加場所，縮短了結(jié)垢的誘導(dǎo)期，并使結(jié)垢速率增加，并且在流動條件下，粗糙度的增加也減小了流體層流底層的厚度，有利于污垢的沉積。結(jié)垢層內(nèi)含有金屬的腐蝕物，在鍋爐運行中垢層導(dǎo)熱性能差，使得管壁溫度升高，滲透到沉積層下面的鍋爐水會發(fā)生劇烈蒸濃，并由于受到結(jié)垢層阻礙，不易與鍋爐管中水混合均勻，最終使結(jié)垢層下各種雜質(zhì)的濃度很高，長期不加控制將加速金屬腐蝕，導(dǎo)致大面積鍋爐管腐蝕。

2 改進措施

（1）提高放水壓力、余熱烘干和負壓抽汽

提高放水初始壓力至0.7 MPa，余熱烘干后對系統(tǒng)進行隔離，利用水低壓汽化原理，將汽機真空建立對鍋爐熱力系統(tǒng)進行負壓抽汽（軸封供汽應(yīng)滿足要求），高壓系統(tǒng)負壓建立見圖4、高壓系統(tǒng)溫度變化見圖5。整個負壓抽汽過程累計抽出鍋爐熱力系統(tǒng)汽體凝結(jié)水約5 t，熱力系統(tǒng)內(nèi)相對濕度仍大于60%RH。因爐膛內(nèi)部放水后剩余熱量較少且爐膛通風(fēng)散熱較大，特別是低壓系統(tǒng)、除氧系統(tǒng)本身溫度較低，導(dǎo)致抽汽后期鍋爐管內(nèi)積水不容易汽化。

（2）啟動燃機烘爐

圖4 高壓汽包真空變化

圖5 高壓系統(tǒng)溫度變化

將燃機至全速空載烘爐見圖6，燃機排煙溫度約270 ℃，烘爐初期各系統(tǒng)排氣后有較多蒸汽冒出，烘爐后期檢測透氣口相對濕度均大于60%RH，且無明顯下降趨勢。烘爐可以將鍋爐絕大部分積水解決，當(dāng)烘干后期系統(tǒng)內(nèi)部壓力達到平衡，管阻力大于蒸汽流動動力，蒸汽將受阻不再流動，在爐膛冷卻后蒸汽重新凝結(jié)成水遺留在管壁內(nèi)部。采用定期啟動燃機全速空載進行烘爐[6]，該措施需要考慮鍋爐末級管排、管箱承重吊耳受熱強度，還有烘爐的經(jīng)濟性。

圖6 啟燃機烘干溫度曲線

（3）增加熱干風(fēng)裝置

裝置出風(fēng)量按照熱力系統(tǒng)水容積的2 倍設(shè)計，保證一定出風(fēng)溫度和壓力，裝置自帶除濕功能，分別接入高、低壓系統(tǒng)。烘爐結(jié)束后及時投用熱干風(fēng)設(shè)備對鍋爐熱力系統(tǒng)進行吹掃，吹掃主要設(shè)備流程見圖7，吹掃應(yīng)包括取樣管道、疏水管道、壓力變送管道。初期投入熱干風(fēng)吹掃，系統(tǒng)濕度下降較為緩慢，隨吹掃時間增加，濕度下降較為明顯，濕度變化、吹掃時間見圖8。通過熱干風(fēng)每天吹掃，熱力系統(tǒng)管道相對濕度逐漸能夠達到要求，但停止吹掃后濕度會升高，分析其主要原因為：爐內(nèi)鍋爐管遺留凝結(jié)水、燃機烘爐不能涉及爐外大多數(shù)熱力管道。

圖7 熱干風(fēng)吹掃流程

圖8 濕度變化

3 效果評估

在傳統(tǒng)熱爐放水、余熱烘干的基礎(chǔ)上，通過增加啟動燃機全速空載，利用排煙繼續(xù)加熱爐膛內(nèi)鍋爐管，已經(jīng)證明可以將絕大多數(shù)積水蒸發(fā)排除，少量蒸汽會因為管道阻力遺留在爐膛內(nèi)部，另外啟動燃機烘爐不能加熱爐外管道，管道內(nèi)積水無法排除，熱力系統(tǒng)內(nèi)部濕度不能達標(biāo)。

干風(fēng)裝置定期投入運行，可以將燃機烘爐后遺留在鍋爐管內(nèi)部濕氣或凝結(jié)水逐漸帶走，且吹掃可以覆蓋爐外所有汽水管道，可彌補啟動燃機烘爐不足之處，通過干風(fēng)吹掃熱力系統(tǒng)濕度可控。

啟動燃機烘爐加熱干風(fēng)裝置吹掃基本解決了強制循環(huán)余熱鍋爐傳統(tǒng)熱爐放水余熱烘干缺陷，提高了保養(yǎng)效果。改進后的干法保養(yǎng)初期，熱力系統(tǒng)內(nèi)部濕度需要一定時間才能得到控制，一定程度上影響保養(yǎng)效果。改進實施后，干法保養(yǎng)首次啟爐前，鍋爐進水后高壓爐水水樣為微紅，實驗室化驗得到鐵離子濃度見表1，首次啟爐后爐水指標(biāo)與之前比較數(shù)據(jù)見表2。

表1 首次啟爐前爐水鐵離子含量

表2 首次啟爐前后汽水部分指標(biāo)

4 結(jié)語

本次干法保養(yǎng)優(yōu)化方案以“《火力發(fā)電廠停（備）用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)》中系統(tǒng)相對濕度應(yīng)小于等60%RH 或含氧量小于等于2%”的要求為基礎(chǔ)，對傳統(tǒng)熱爐放水、余熱烘干適用條件進行分析，并結(jié)合強制循環(huán)余熱鍋爐自身結(jié)構(gòu)特點及保養(yǎng)案例進行分析、總結(jié)及改進優(yōu)化，得出強制循環(huán)余熱鍋爐在傳統(tǒng)保養(yǎng)措施基礎(chǔ)上，增加啟動燃機全速短時烘爐加定期熱干風(fēng)吹掃的保養(yǎng)方式，基本解決了強制循環(huán)余熱鍋爐采用傳統(tǒng)干法保養(yǎng)的不足，通過以上改進措施有效減緩金屬腐蝕，提高保養(yǎng)效果，且降低保養(yǎng)成本。建議控制措施如下：

（1）熱爐放水后及時啟動燃機烘爐，結(jié)束后在受熱面未冷卻前及時投入熱干風(fēng)吹掃，吹掃范圍應(yīng)包括爐內(nèi)所有受熱面、爐外主要管道及取樣管、疏水管、壓力變送引壓管等，吹掃過程中系統(tǒng)末端疏水閥應(yīng)開啟，清除烘干過程中殘留蒸汽或積水，有利于吹掃效果和相對濕度控制，最終降低干法保養(yǎng)經(jīng)濟性。

（2）針對干法保養(yǎng)初期系統(tǒng)內(nèi)部濕度控制需要一定時間的問題，建議配置1 套制氮裝置，氮氣濃度大于等于99%，干燥的氮氣替代熱干風(fēng)，在啟動燃機烘爐后熱力系統(tǒng)及時投入充氮，保證系統(tǒng)內(nèi)部含氧量小于2%、相對濕度應(yīng)小于60%RH。

（3）干法保養(yǎng)結(jié)束后及時取樣化驗爐水鐵離子濃度，以分析保養(yǎng)效果及相應(yīng)改進措施。