燃气 - 蒸汽联合循环机组余热锅炉结露现象的分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华能中原燃机电厂 作者:李 旭

  通过对燃气 - 蒸汽联合循环余热锅炉尾部末级受热面结露现象的分析,说明了由于运行条件的变化,尾部受热面预热器模块给水温度过低,导致烟气中的水蒸气在模块末级翅片管上产生结露现象的可能性,由此提出预防余热锅炉尾部受热面模块结露的出现,避免尾部模块受热面翅片管的酸腐蚀。

一、前言

  华能河南中原燃机电厂,总装机2台引进德国SIEMENS的V94.3A燃气轮机,配套荷兰NEM公司技术支持的武汉锅炉厂(WBC)生产的余热锅炉,利用西气东输的天然气作燃料,机组自2008年初投产至今已经5年多。

  2013年3月14日,运行人员反映:2#余热锅炉尾部炉底护板及余热锅炉本体与烟囱连接处的非金属膨胀节底部有水漏出。

二、泄漏现象与原因分析

  1. 泄漏现象

  经检查,发现泄漏部位如图1所示。

泄漏部位

图1 泄漏部位

  同时出现了以下现象:

  1)运行期间,烟囱出口烟气无蒸汽冒出等明显异常。

  2)全厂化学补水量异常,较平常明显增加约100t/d。

  3)泄漏部位位于余热锅炉Ⅳ模块下部处,Ⅳ模块自炉左至右有三个小模块:Ⅳ-3、Ⅳ-2、Ⅳ-1;自炉前至后由两个系统组成:LP(低压蒸发器)系统管道和PH(预热器)系统管道。

  LP系统管道(低压系统管道):分布在Ⅳ模块的前部,由LP锅筒下降管(φ323.8mm×14.27mm)的来水进入标高1 300mm的联箱,经过分配后进入Ⅳ模块前部再进入LP锅筒,经过汽水分离,在LP锅筒上部由9根φ 168.3mm×7.11mm的连接管送入Ⅲ模块的LP过热器出口集箱(φ 457mm×9.53mm)。

  PH系统管道(相当于燃煤锅炉的省煤器):PH管道布置在Ⅳ模块的后部,在标高1 300mm处,从前至后布置有PH预热器出口集箱(φ 273mm)、PH预热器入口集箱(φ 273mm),从每个集箱上分出3根出口管(φ 168×7mm),分流进入分散管(材质为SA106B),PH出口联箱的给水进入LP(低压)锅筒给水管,给水管从LP锅筒后部进入。

  从以上泄漏的现象分析,初步判断为Ⅳ模块受热面翅片管泄漏。

  2. 停炉后的检查

  2013年3月24日,机组停机进行B修,至24日晚20:00,未再发现余热锅炉底部滴水,非金属膨胀节处仍有水滴出。由于温度较高,打开余热锅炉Ⅳ模块上、下人孔及Ⅳ模块后部、烟囱处人孔进行通风观察,未发现明显泄漏部位。

  3月25日,进入Ⅳ模块后部炉膛进行观察,发现Ⅳ模块后部翅片管局部有两处锈蚀痕迹,分别位于Ⅳ模块的Ⅳ-3、Ⅳ-2处、一级预热器末级翅片管背风侧,局部有明显的水附着和酸腐蚀后留下的痕迹,并且该两处局部锈蚀痕迹刚好在锅炉给水进水支管附近,如图2所示。

  24日,联系运行人员将Ⅳ模块LP和PH系统注满水,至低压汽包见水位,经一夜观察,Ⅳ模块未发现漏点,可判定Ⅳ模块受热面无泄漏。

  考虑2#机组停机B修,余热锅炉停炉保养的需要,未对前三级模块进行注水检查。待B修后期、机组起动之前再进行注水检查。

锈蚀痕迹

图2 锈蚀痕迹

  3. 初步原因分析

  运行期间2#余热锅炉Ⅳ模块及后部非金属膨胀节有水漏出可能原因有如下两点:

  (1)2#余热锅炉内前三级模块有漏点 炉内有其他漏点且Ⅳ级模块出口局部受热面壁温低于水蒸气露点。该种情况下,从漏点漏出的水或蒸汽,在泄漏量不大且位于烟温较高区域的情况下,烟气中水蒸气含量增多,水蒸气分压增大,水蒸气露点升高,随着烟气温度的降低,一旦模块后部受热面壁温低于烟气中水的露点温度,烟气中水蒸气将在温度较低的受热面上凝结滴落,同时发生酸腐蚀。

  (2)2#余热锅炉模块无泄漏点 进入Ⅳ级模块预热器的凝结水水温较低,在锅炉尾部模块翅片管上遇烟气中的水分产生结露后,顺Ⅳ模块的Ⅳ-3、Ⅳ-2模块的一级预热器末级联箱凝结水给水进水支管流下,渗出炉底,有以下根据。

  1)据了解,近期2#机组冷凝器真空有所改善,凝结水温度43℃,2#机组余热锅炉排烟温度95℃。Ⅳ级模块局部翅片管受热面壁温低于烟气中水的露点温度很多,因此产生结露现象。

  2)Ⅳ模块的Ⅳ-3、Ⅳ-2模块的一级预热器末级联箱凝结水给水进水支管有明显锈蚀痕迹,且给水管穿底部炉护板处有水痕迹。

  3)锅炉尾部Ⅳ模块出口处排烟气温度95℃,烟气中结露的水有可能不被蒸发,且下部给水支管处为密封状态,无烟气对流,进而形成水流流下。

  4)结露现象发生在烟温较低的背烟气侧,而在迎烟气侧(烟温较高处),未发生结露现象,这点从模块翅片管上明显的锈蚀分界线可以看出(见图3)。

  5)机组补水量的增加,是全厂化学补水的总量增加,显示的并非单纯余热锅炉的补水,而有可能是其他系统的补水量增加。

模块翅片管上明显的凝露锈蚀分界

图3 模块翅片管上明显的凝露锈蚀分界

  6)余热锅炉与烟囱连接的非金属膨胀节与Ⅳ模块的出口有1m的距离,从此处流出的水,应是烟气中的水蒸气遇进入模块的过冷的凝结水后冷凝的水,进入非金属膨胀节中的保温岩棉所致。停炉后未发现漏水可能有两个原因:一是漏点不在Ⅳ级模块区域,如上分析,当漏点发生在高温区域,甚至发生在蒸汽过热受热面上,或者发生在蒸发器或省煤器受热面上且泄漏量较小;二是没有漏点,同时运行期间末级模块受热面壁温低于烟气中水蒸气露点温度很多。

三、后续的查找安排

  4月25日,锅炉前三级模块进行注水检查,经反复、全面的检查,未发现泄漏点。运行人员比照2#炉和1#炉同期各方面运行参数;核查化学补水系统是否有其他泄漏的地方。至此,确认炉底泄漏为末级受热面翅片管结露所致。

四、结语

  为预防出现结露现象,对机组运行建议如下:

  1)适当提高进入锅炉的凝结水给水温度,可通过调整低压再循环水量,提高预加热器给口水温,不低于50℃。此次2#余热锅炉反映出的结露现象中,局部尾部受热面由于结露造成低温腐蚀的现象是存在的;而燃料中存在S的成分,使得结露造成的对尾部受热面模块翅片管的酸腐蚀也是存在的(S燃烧后的生成物在尾部受热面模块的翅片管上凝结,见图4)。

结露对尾部翅片的酸腐蚀

图4 结露对尾部翅片的酸腐蚀

  2)加强锅炉给水流量及尾部烟气温度的监测,在适当的时候,加装凝结水给水流量计用来监测给水量,并且加装尾部受热面出口(左、右)烟气温度测点,用来监测尾部排烟温度,防止由于排烟温度过低造成S腐蚀。

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