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垃圾焚烧炉过热器管道耐火浇注料腐蚀分析及改造

发布日期: 2019-03-22 15:43:56    阅读量(1074)    作者:

某垃圾焚烧厂UG-300-23.53/4.0/400-W型立式余热锅炉,采用单锅筒自然循环角管式锅炉、集中下降管、W型三通道布置(图1)。改造前第一通道至第二通道顶部覆盖Al2O3耐火浇注料,第三通道内沿烟气流方向依次布置前置蒸发器、高温段过热器、中温过热器、低温过热器及后置蒸发器,两级喷水减温布罝在三级过热器之间。低温过热器管材采用20G,中温段、高温段管材为12Cr1MOVG。

机组满负荷运行2年后,过热器入口烟气温度在650~750℃范围内波动,大幅偏离额定设计值排烟温度超出规定值为保证烟气处理系统正常运行、烟气排放指标合格,被迫将锅炉负荷降至14t/h以下。停炉检修时发现高温、中温过热器腐蚀减薄明显,壁减薄最大处达0.5mm/a,过热器支架腐蚀情况更为明显,个别高温过热器支架已近缺失。

图1余热锅炉与过热器布置图

1腐蚀原因分析

(1) 过热器入口烟气超温引起氧化腐蚀。

将高温过热器管壁上剥落的积灰层进行取样和分析,分析结果表明积灰层内侧氯含量约为10~15%,主要成分为氧化铁与氯的反应产物,呈黑色,因此可判断管道腐蚀的主要原因是因为发生了氯化腐蚀。由于锅炉满负荷运行区间过热器入口烟气长期超温,飞灰的温度长期保持在650℃以上,其粘性提升并附着在管壁上导致了管道传热恶化,壁面温度上升。氯化腐蚀的主要影响因素是温度,当管壁外表面温度升高至550℃以上时,腐蚀速度随温度呈指数形式増长。过热器支架由于没有介质冷却,金属温度更高,加速了支架及附近热器管的高温腐蚀(图2)。

图2过热器管道腐蚀情况

从2#炉运行参数(表1)看出,一、二减温水器开度较大,存在减温裕量宽裕,可判断余热锅炉吸热面布置不合理,引起烟气超温。

表1 2#炉改造前运行参数

(2)烟气冲刷与流速不均匀。根据该垃圾焚烧厂的管道和支架的腐蚀情况看,同一组受热面,靠近后墙部分的腐蚀程度远大于靠近隔墙部分(图3)。

图3后墙部分的过热器管道与支架

(3)管道膨胀受阻。过热器支架将管排与后墙水冷壁鳍片满焊连接,且未设计膨胀缝,致使锅炉运行期间,过热器管排的自由热膨胀受到阻碍,形成较大的约束应力。

2改造措施

过热器管道腐蚀系因锅炉吸热面布罝不合理致使过热器入口烟气超温引起高温氯化腐蚀,烟气偏流引起局部冲刷严重以及过热器支撑方式不合理引起的塑性变形等共同影响导致的结果。

为此采取了以下改造措施:

(1)将第一、二通道导热系数1~2W/(m·K)高铝质Al2O3耐火浇注料更换为导热系数15~20W/(m·K)的SiC60%、SiC85%耐火可塑料,以提高炉膛吸热量,降低过热器入口烟气温度。

(2)改造一级蒸发屏,由3排36列改为8排36列,增大受热面吸热面积。改造后的一级蒸发屏吸热面积由46m2提升至123m2,受热面占锅炉总吸热面比例由2%升至5%。根据热力计算的结果,将使过热器入口温度降至550℃以下。

合理设计一级蒸发屏的管排结构,整流烟气流向,使烟气渣方向大部分冲向第三通道中部,减少对后墙部位的冲刷。为验证改造方案的合理性,采用FLUENT数值模拟软件模拟锅炉烟气流场,通过模拟结果可以看出,方案一断面涡流区小于方案二,流场相对均匀(图4),故采取方案一的改造方案。

(3)更换过热器支撑方式,除去后墙部位支架,改用密封盒支持;隔墙处支持采用梳形板活动支撑,留有膨胀间隙,减少约朿应力。

图4一级蒸发屏改造方案的数值横拟

(4)调整激波脉冲清灰器清灰周期,加强清灰力度。

3改造结果

停炉改造后,MCR工况下,一级蒸发屏入口处烟温下降了160℃,证明浇注料更换后,炉膛吸热明显著增大;一级蒸发器入口处至过热器入口处的烟气温度明显下降;排烟温度下降至规定范围内;超负荷运行时汽水、烟温参数均正常,符合改造预期,详见表2。

表2改造前后2#炉运行数据对比

4结论

垃圾焚烧炉过热器的腐蚀跟炉膛的负荷设计、耐火浇注料的选择、受热面的设计、烟气流的组织、过热器的管材、运行清灰的频次等密切关系。

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