管式空气预热器漏风原因分析及改进措施

李学东

(东方电气集团国际合作有限公司，成都 611731)

某海外300 MW燃煤机组采用亚临界循环流化床锅炉，燃料为褐煤。机组于2016年8月。机组在运行2 a后，发现空气预热器(简称空预器)出现较大漏风。笔者通过化学成分分析和微观金相组织分析等方法，探明了空预器漏风原因，并提出了改进措施。

1 空预器运行概况

该机组不设脱硝系统。在后竖井烟道配置管式空预器，分别加热一次风和二次风。空预器采用卧式顺列布置，沿空气流向有四个加热回程，从下到上分别为一级至四级。一级管箱下部10排采用SA-213 TP316L不锈钢管，其他部位采用Q355GNH钢管；二、三、四级管箱采用Q215-A和20碳钢管。

机组在运行2 a后，空预器一级管箱中上部管道出现较大面积损坏。现场分别对一次和二次风管各取样2根，一次风管标识为1号和2号样管，二次风管标识为3号和4号样管，并进行宏观形貌分析，结果见图1。

图1 样管宏观形貌

由图1可以看出：1号样管相对完好，没有较明显的壁厚减薄，其余3根(2号、3号、4号)样管均有不同程度的减薄，局部已穿透。4根样管表面均呈暗红色，并存在锈蚀物，易脱落。从4号样管还可以看出，样管表面有磨损的痕迹，从样管的安装位置可以判定是烟气中的飞灰磨损造成的。总体而言，从样管的宏观形貌可以判断表面存在腐蚀[1-2]。

2 空预器漏风原因分析

4根样管的材质均为Q355GNH(高耐候钢)，管子直径为 45 mm、壁厚为2 mm，并在实验室进行了化学成分及金相等分析。

2.1 化学成分分析

在4根样管端部，采用直读光谱仪对样管化学成分进行检测，结果见表1。从表1可以看出，4根样管均满足GB/T 4171—2008 《耐候结构钢》。

表1 化学成分分析 %

2.2 微观金相分析

对4根样管做环状取样，利用倒置金相显微镜对环状样管进行了微观金相形貌分析，结果见图2～图5。

图2 1号样管外壁腐蚀及组织

图3 2号样管外壁腐蚀及组织

图4 3号样管外壁腐蚀及组织

图5 4号样管外壁腐蚀及组织

从图2～图5可以看出，4根样管基体组织均为铁素体和珠光体，属于正常组织。

2.3 扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)分析

4根样管表面均有不同程度的凹坑，并存留有附着物。利用JSM-6610 SEM及NSS SYSTEM7 EDS分析样管表面附着物，检测结果见图6～图9。图中对应位置的EDS分析结果见表2。

图6 1号样管表面附着物EDS分析图

图7 2号样管表面附着物EDS分析图

图8 3号样管表面附着物EDS分析图

图9 4号样管表面附着物EDS分析图

表2 样管EDS分析结果 %

由表2可以看出，4根样管表面附着物主要含有 Fe和O。

根据表2的测量结果，对4根样管外壁附着物Fe和O的物质的量比进行计算，结果见表3。

表3 外壁附着物n(Fe)/n(O)

从表3可以看出：4根样管外壁附着物的n(Fe)/n(O)为0.45～0.61，若外壁附着物仅为Fe3O4和Fe2O3的混合物，则n(Fe)/n(O)应为0.67～0.75[3]，且S的质量分数为1.26%，明显高于基体(≤0.002%)，可见外壁附着物主要成分除了Fe的氧化物(Fe2O3和Fe3O4)外，还有含S、Fe、O的化合物。近外壁测量中，S和O的含量均非常低，主要为基体材料。

综上可判断样管表面附着物主要为Fe的氧化物及硫酸盐类物质，样管外壁的腐蚀与 S 有关，即由低温腐蚀造成[4-7]。

3 改进措施

3.1 采用耐腐蚀材料

Q355GNH属于耐腐蚀性能较好的材料，但从实际使用效果和以上分析可以看出，当Q355GNH钢使用在燃用劣质煤种的电站空预器中，其抗低温腐蚀性能并不能满足机组长期稳定运行的要求。

该电厂在后期的改造中，将空预器一级管箱的Q355GNH钢全部更换成耐腐蚀性能更好的ND钢[2]，即09CrCuSb合金钢，使用效果不错。

需要注意的是，在更换为ND钢时，建议按管箱一次性全部更换(即使部分Q355GNH钢尚未损坏)。如果不能一次性全部更换，建议按区域全部更换(即使该区域内部分Q355GNH钢尚未损坏)，并与相邻的未更换区域之间堵管2～3排。如果不堵管，或单根管更换，可能会出现相邻未更换的管道在随后的运行过程中破损，漏风压力较大，进而加速烟气中的飞灰对ND钢的磨损，运行一段时间后，一样会造成ND钢的损坏。该电厂在前期就遇到过这种情况。

该电厂空预器一级管箱下部10排采用SA-213 TP316L不锈钢管，从目前运行情况来看，未出现因腐蚀或磨损造成的漏风，使用效果优良。因此，为了满足机组长期稳定运行，建议在设计管式空预器时，推荐一级管箱使用SA-213 TP316L钢管或其他性能更好的不锈钢管。

3.2 提高进风温度

该电厂空预器进口设计有暖风器，用于提高空预器进口风温。在实际运行过程中，通过提高暖风器蒸汽流量，尽可能提高空预器进口风温，减小低温腐蚀风险。由于暖风器前期已选定，在不进行改造的情况下，该方法的调节效果有限。

3.3 提高排烟温度

防止低温腐蚀的另一个措施就是提高排烟温度，使其高于烟气酸露点[8]。为了维持该电厂满负荷运行(由于当地电力需求较大，该电厂自投运以来，一直处于满负荷运行状态)，提高排烟温度，该电厂在二次风侧空预器左右两侧进口和出口增设了联络风道，使部分二次风不经空预器加热，直接与二次热风混合后进入炉膛。该联络风道内径为820 mm，风道上设电动挡板，远程控制。该方案可使排烟温度升高约10 K，减小低温腐蚀的风险。

同时需要注意，该方法降低了二次热风温度，导致锅炉效率降低约0.5%。

4 结语

(1)通过对4根样管的化学成分分析、微观金相分析及SEM/EDS分析，可以看出空预器一级管箱管道发生了低温腐蚀。

(2)尽管Q355GNH属于耐腐蚀性能较好的材料，但当使用在燃用劣质煤种的电站空预器中时，Q355GNH耐腐蚀性能难以满足机组长期稳定运行的要求。推荐采用ND钢(09CrCuSb合金钢)、SA-213 TP316L及其他性能更好的不锈钢管材。

(3)增加空预器进口暖风器加热蒸汽流量，提高空预器进口风温，可降低低温腐蚀风险。

(4)在二次风侧空预器左右两侧进口和出口增设了联络风道，通过调节挡板开度，可以使排烟温度提高10 K，降低低温腐蚀风险。