炼厂公用工程系统锅炉水热媒空气预热器改造

2022-09-11

某大型炼厂公用工程系统配备3台130t/h燃油燃气锅炉用来平衡全厂中、低压蒸汽。锅炉以重油和瓦斯为燃料, 空气预热器为管式空气预热器。由于炼油厂运行特点, 正常工况下, 锅炉保持40t/h左右的低负荷运行。由于锅炉长时间低负荷运行, 空气预热器低温腐蚀现象严重, 造炉空气预热器受热面的损坏和泄漏, 导致引风机负荷增加, 限制锅炉出力, 严重影响锅炉运行的安全性和经济性。

1 空气预热器低温腐蚀原因及危害

1.1 锅炉空气预热器低温腐蚀原因

锅炉燃料在燃烧时, 其中的氢元素和氧元素生成水蒸汽, 且锅炉燃烧器采用蒸汽雾化, 所以烟气中带有大量水蒸汽。同时燃料中的硫元素燃烧生成的SO2和SO3气体, 与烟气中的水蒸气生成硫酸蒸汽。由于锅炉长时间低负荷运行, 排烟温度达不到设计值。所以当空气换热器受热面温度低于烟气露点时, 硫酸蒸汽便凝结在空气预热器受热面上形成酸性液体, 对受热面造成严重腐蚀。况且酸液体还会粘结烟气中的灰分, 增加了预热器的积灰。此外, 锅炉空气预热器为管式换热器, 由于管式换热器的结构特点, 在冷风入口与烟气出口交叉处会形成局部冷区。局部冷区的换热面温度远低于换热面平均壁温, 换热面腐蚀情况尤其严重。

1.2 锅炉空气预热器低温腐蚀的危害

锅炉空气预热器低温腐蚀情况对锅炉安全、平稳以及经济运行带来较大影响:

1.2.1根据更换空气预热器时对空气预热器换热管的观察, 局部换热管由于腐蚀已经大面积穿孔。如果锅炉长时间运行, 换热器管由于腐蚀断裂, 脱落的部分可能会对风机叶轮造成破坏, 甚至导致风机连锁停炉。一旦锅炉紧急停炉将对全厂蒸汽平衡带来较大影响。所以锅炉空气预热器的低温腐蚀不但是公用工程平稳运行的一个隐患, 更是全厂平稳运行的一个隐患。

1.2.2空气预热器换热管腐蚀穿孔, 大量助燃空气漏入烟气中, 增大了风机运行负荷;换热管因腐蚀造成换热面的破坏, 增加锅炉排烟热损失, 降低锅炉运行的经济性。

2 水热媒空气预热器改造

2.1 水热媒空气预热器工作流程

水热媒空预器主要由烟气换热器、空气换热器及相应的给水管道等组成。根据动力站现场情况, 利用除氧水作为热媒介质, 吸收锅炉省煤器出口处烟气中的余热, 加热助燃空气。经过高压加热器加热后的除氧水升至153℃, 进入空气换热器与锅炉助燃空气换热。除氧水加热助燃空气后进入烟气换热器换热, 被烟气换热后进入锅炉省煤器。所以只要保证进入烟气换热器的水温高于烟气露点, 即可保证排烟温度高于烟气露点。所以考虑到锅炉长时间低负荷运行, 为保证省煤器入口水温, 专门在空气换热器和烟气换热器之间增设给水旁路, 防止在锅炉低负荷运行时进入烟气换热器的给水温度偏低, 造成烟气换热器露点腐蚀。

2.2 水热媒空气预热器与原管式换热器的比较

该锅炉水热媒空气预热器每年可节约原管式空气预热器更换费用约40万元。水热媒空气预热器现场主要新增设备:烟气换热器和空气换热器。烟气换热器安装在锅炉省煤器出口、原空预器位置, 利用锅炉原有钢结构作支撑。空气换热器就近安装在锅炉的西侧。

控制方面, 在原锅炉DCS操作画面中新增一幅水热媒DCS画面, 用以监控水温、烟温、风温以及给水旁路气动截止阀开度。较之前的管式空气预热器, 水热媒空气预热器多了气动截止阀开度调节 (可投自动控制) 的操作, 但是

通过调节气动阀开度, 操作人员可以控制烟气换热器入口水温, 间接地控制了锅炉排烟温度, 达到避免低温腐蚀的目的。

水热媒空气预热器自改造完成投入运行以来, 连续运行近4个月工况良好, 各项实际运行参数满足动力站锅炉运行要求。下面分别在锅炉高负荷运行和低负荷两种工况下, 收集水热媒空气预热器实际运行参数与原管式空气预热器做比较。锅炉高负荷时, 改造后的锅炉排烟温度为131℃和127℃, 而原管式空气预热器锅炉排烟温度109℃和148℃。锅炉高负荷工况时空气预热器相关运行参数可以看出, 原管式空气预热器一侧排烟温度高于烟气露点 (水热媒空气预热器设计单位根据动力站锅炉运行情况计算出动力站锅炉烟气露点在120℃左右) , 而另一侧侧排烟温度明显低于烟气露点, 低温腐蚀现象明显。根据低温腐蚀特点, 可以预见:原管式空气预热器锅炉空气预热器一侧低温腐蚀情况会越来越严重, 排烟温度也会越来越低。改造后水热媒空气预热器两侧换热效果平均, 两侧排烟温度均高于烟气露点。

但是由于炼油厂的运行特点, 动力站锅炉常处于低负荷运行状态。于是收集锅炉在低负荷运行工况下空气预热器相关运行参数再做对比:原管式空气预热器锅炉空气预热器两侧排烟温度分别为64℃和103℃, 排烟温度两侧均已低于烟气露点温度, 而改造后的锅炉空气预热器两侧排烟温度都在130℃左右, 高于烟气露点, 可避免低温腐蚀现象。

通过对比锅炉高负荷和低负荷工况时管式空气预热器和水热媒空气预热器实际运行参数可以发现水热媒空气预热器无论在锅炉高负荷还是低负荷运行时均可保证排烟温度在烟气露点之上, 避免低温腐蚀。且水热媒空气预热器通过控制水温调整排烟温度, 调整手段灵活。