由于管式空气预热器结构简单,密封性好,工作可靠,维修工作量少,制造成本低,运行维护简单等特点,在中小型锅炉上的到广泛应用。生物质工业锅炉的管式空气预热器普遍为立管式空气预热器,该空气预热器结构为管子竖立安装,空气在管外以横向冲涮吸热,烟气在管内纵向冲涮放热[10-11]。由于空气预热器放置基本上为锅炉末端烟气侧温度低,低温烟气与空气预热器的冷端管子换热时,由于管壁壁温偏低容易出现积灰、堵塞和腐蚀的问题。现具体分析25t/h锅炉出现该情况的主要因素:
2.1燃料水份高,排烟温度低
生物质燃料因原料来源不稳定且燃料种类繁多[12],燃料混合后水分25-45%范围,燃料中的水分越高时,热值越低,燃料杂质会增多。生物质燃料因植物在生长过程携带钾、钠、氯等微量元素,灰分中碱金属含量高。25t/h锅炉运行负荷在40%-60%范围内波动,导致空气预热器排烟温度在140℃以内,在此负荷下运行锅炉会出现燃烧不稳定,尾部排烟温度低且烟气中的含水率较高。 生物质燃料的高水分、高碱金属含量,在尾部低温区域容易出现氯离子形态下的腐蚀,是空气预热器管壁腐蚀的重要原因之一。特别烟气成分中水蒸气含量越高,形成酸蒸汽的量也越大,对尾部低温的空气预热器管壁产生的腐蚀也会越严重[14-15]。燃料中的氯燃烧后,与烟气中水蒸气反应形成HCl:
2H2O+2Cl2=4HCl+O2(可逆)
2.2烟气露点
国内外关于计算露点的方法很多,不同的计算方式得出的结果也差异较大。锅炉在较低的运行负荷容易导致烟气氧含量偏高,而氧含量是促成二氧化硫氧化成三氧化硫的基本条件,因此低氧燃烧是防止低温腐蚀的有效措施。烟气在低温、高氧及高水分的情况下空气预热器冷端的管壁由于进口空气温度为环境温度,该区域则为最低温区管壁最容易产生结露现象。
25t/h锅炉生物质燃料水份、硫含量均偏高,尾部空气预热器处在运行氧含量较高时导致烟气中SO3转化加大,水蒸气浓度高,影响促使空气预热器管子露点温度提升,管子容易发生结露积灰堵塞和腐蚀。
运行状态不佳,管理不到位
25t/h锅炉因供气需求减少,锅炉的负荷为额定负荷的40%-60%范围,锅炉运行长期保持在较低负荷状态,但运行人员没有及时关闭链条炉排上中后段的风门,锅炉在此运行状态下为了保证燃烧所需的风压,风机频率无法有效降低,导致锅炉过量空气系数偏高很多,且过多的冷空气进入炉膛后炉膛燃烧温度也相应降低影响燃烧状态,尾部排烟温度也随之降低。为了确保排放指标满足环保要求,运行人员通过偷懒的方式采用超倍的喷射尿素溶液,确保锅炉尾气排放满足在线监测要求。
由于还原剂过量,导致在烟道内氨气与烟气中的SO2和水蒸气反应生成NH4HSO4,锅炉尾部管式空气预热器一次风冷端区管壁容易出现硫酸氢氨或硫酸氨等结晶情况。其反应公式为:
NH3+SO3+H2O=NH4HSO4
NH3+SO3+H2O=(NH4)2HSO4
25t/h锅炉尾部烟气在氧含量高、排烟温度低及氨过剩偏高的状态下运行时,造成空气预热器的冷段部分硫酸氢胺结晶出现堵塞,影响空气预热器的运行效果。对于空气预热器而言,积灰堵塞和结露腐蚀往往是伴随发生的,两者相互促进。空气预热器积灰堵塞之后更容易吸附烟气中的硫酸蒸汽和NH4HSO4,加剧腐蚀;而结露腐蚀产生的粘性盐加重了积灰,形成恶性循环,最终导致空气预热器管间隙逐渐缩小直至完全堵死。
因此提高现场运行人员的技能,加强锅炉现场管理,从入炉燃料质量、现场设备状态、锅炉仪表反馈的数据等方面及时调整运行参数,为锅炉平稳运行,减少锅炉停炉检修的次数,为企业降本增效。