李學(xué)東

(東方電氣集團(tuán)國(guó)際合作有限公司，成都 611731)

某海外300 MW燃煤機(jī)組采用亞臨界循環(huán)流化床鍋爐，燃料為褐煤。機(jī)組于2016年8月。機(jī)組在運(yùn)行2 a后，發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器(簡(jiǎn)稱空預(yù)器)出現(xiàn)較大漏風(fēng)。筆者通過化學(xué)成分分析和微觀金相組織分析等方法，探明了空預(yù)器漏風(fēng)原因，并提出了改進(jìn)措施。

1 空預(yù)器運(yùn)行概況

該機(jī)組不設(shè)脫硝系統(tǒng)。在后豎井煙道配置管式空預(yù)器，分別加熱一次風(fēng)和二次風(fēng)?？疹A(yù)器采用臥式順列布置，沿空氣流向有四個(gè)加熱回程，從下到上分別為一級(jí)至四級(jí)。一級(jí)管箱下部10排采用SA-213 TP316L不銹鋼管，其他部位采用Q355GNH鋼管；二、三、四級(jí)管箱采用Q215-A和20碳鋼管。

機(jī)組在運(yùn)行2 a后，空預(yù)器一級(jí)管箱中上部管道出現(xiàn)較大面積損壞?，F(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)一次和二次風(fēng)管各取樣2根，一次風(fēng)管標(biāo)識(shí)為1號(hào)和2號(hào)樣管，二次風(fēng)管標(biāo)識(shí)為3號(hào)和4號(hào)樣管，并進(jìn)行宏觀形貌分析，結(jié)果見圖1。

圖1 樣管宏觀形貌

由圖1可以看出：1號(hào)樣管相對(duì)完好，沒有較明顯的壁厚減薄，其余3根(2號(hào)、3號(hào)、4號(hào))樣管均有不同程度的減薄，局部已穿透。4根樣管表面均呈暗紅色，并存在銹蝕物，易脫落。從4號(hào)樣管還可以看出，樣管表面有磨損的痕跡，從樣管的安裝位置可以判定是煙氣中的飛灰磨損造成的?？傮w而言，從樣管的宏觀形貌可以判斷表面存在腐蝕[1-2]。

2 空預(yù)器漏風(fēng)原因分析

4根樣管的材質(zhì)均為Q355GNH(高耐候鋼)，管子直徑為 45 mm、壁厚為2 mm，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了化學(xué)成分及金相等分析。

2.1 化學(xué)成分分析

在4根樣管端部，采用直讀光譜儀對(duì)樣管化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表1。從表1可以看出，4根樣管均滿足GB/T 4171—2008 《耐候結(jié)構(gòu)鋼》。

表1 化學(xué)成分分析 %

2.2 微觀金相分析

對(duì)4根樣管做環(huán)狀取樣，利用倒置金相顯微鏡對(duì)環(huán)狀樣管進(jìn)行了微觀金相形貌分析，結(jié)果見圖2～圖5。

圖2 1號(hào)樣管外壁腐蝕及組織

圖3 2號(hào)樣管外壁腐蝕及組織

圖4 3號(hào)樣管外壁腐蝕及組織

圖5 4號(hào)樣管外壁腐蝕及組織

從圖2～圖5可以看出，4根樣管基體組織均為鐵素體和珠光體，屬于正常組織。

2.3 掃描電子顯微鏡/能譜儀(SEM/EDS)分析

4根樣管表面均有不同程度的凹坑，并存留有附著物。利用JSM-6610 SEM及NSS SYSTEM7 EDS分析樣管表面附著物，檢測(cè)結(jié)果見圖6～圖9。圖中對(duì)應(yīng)位置的EDS分析結(jié)果見表2。

圖6 1號(hào)樣管表面附著物EDS分析圖

圖7 2號(hào)樣管表面附著物EDS分析圖

圖8 3號(hào)樣管表面附著物EDS分析圖

圖9 4號(hào)樣管表面附著物EDS分析圖

表2 樣管EDS分析結(jié)果 %

由表2可以看出，4根樣管表面附著物主要含有 Fe和O。

根據(jù)表2的測(cè)量結(jié)果，對(duì)4根樣管外壁附著物Fe和O的物質(zhì)的量比進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。

表3 外壁附著物n(Fe)/n(O)

從表3可以看出：4根樣管外壁附著物的n(Fe)/n(O)為0.45～0.61，若外壁附著物僅為Fe3O4和Fe2O3的混合物，則n(Fe)/n(O)應(yīng)為0.67～0.75[3]，且S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.26%，明顯高于基體(≤0.002%)，可見外壁附著物主要成分除了Fe的氧化物(Fe2O3和Fe3O4)外，還有含S、Fe、O的化合物。近外壁測(cè)量中，S和O的含量均非常低，主要為基體材料。

綜上可判斷樣管表面附著物主要為Fe的氧化物及硫酸鹽類物質(zhì)，樣管外壁的腐蝕與 S 有關(guān)，即由低溫腐蝕造成[4-7]。

3 改進(jìn)措施

3.1 采用耐腐蝕材料

Q355GNH屬于耐腐蝕性能較好的材料，但從實(shí)際使用效果和以上分析可以看出，當(dāng)Q355GNH鋼使用在燃用劣質(zhì)煤種的電站空預(yù)器中，其抗低溫腐蝕性能并不能滿足機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

該電廠在后期的改造中，將空預(yù)器一級(jí)管箱的Q355GNH鋼全部更換成耐腐蝕性能更好的ND鋼[2]，即09CrCuSb合金鋼，使用效果不錯(cuò)。

需要注意的是，在更換為ND鋼時(shí)，建議按管箱一次性全部更換(即使部分Q355GNH鋼尚未損壞)。如果不能一次性全部更換，建議按區(qū)域全部更換(即使該區(qū)域內(nèi)部分Q355GNH鋼尚未損壞)，并與相鄰的未更換區(qū)域之間堵管2～3排。如果不堵管，或單根管更換，可能會(huì)出現(xiàn)相鄰未更換的管道在隨后的運(yùn)行過程中破損，漏風(fēng)壓力較大，進(jìn)而加速煙氣中的飛灰對(duì)ND鋼的磨損，運(yùn)行一段時(shí)間后，一樣會(huì)造成ND鋼的損壞。該電廠在前期就遇到過這種情況。

該電廠空預(yù)器一級(jí)管箱下部10排采用SA-213 TP316L不銹鋼管，從目前運(yùn)行情況來看，未出現(xiàn)因腐蝕或磨損造成的漏風(fēng)，使用效果優(yōu)良。因此，為了滿足機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，建議在設(shè)計(jì)管式空預(yù)器時(shí)，推薦一級(jí)管箱使用SA-213 TP316L鋼管或其他性能更好的不銹鋼管。

3.2 提高進(jìn)風(fēng)溫度

該電廠空預(yù)器進(jìn)口設(shè)計(jì)有暖風(fēng)器，用于提高空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫。在實(shí)際運(yùn)行過程中，通過提高暖風(fēng)器蒸汽流量，盡可能提高空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫，減小低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。由于暖風(fēng)器前期已選定，在不進(jìn)行改造的情況下，該方法的調(diào)節(jié)效果有限。

3.3 提高排煙溫度

防止低溫腐蝕的另一個(gè)措施就是提高排煙溫度，使其高于煙氣酸露點(diǎn)[8]。為了維持該電廠滿負(fù)荷運(yùn)行(由于當(dāng)?shù)仉娏π枨筝^大，該電廠自投運(yùn)以來，一直處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài))，提高排煙溫度，該電廠在二次風(fēng)側(cè)空預(yù)器左右兩側(cè)進(jìn)口和出口增設(shè)了聯(lián)絡(luò)風(fēng)道，使部分二次風(fēng)不經(jīng)空預(yù)器加熱，直接與二次熱風(fēng)混合后進(jìn)入爐膛。該聯(lián)絡(luò)風(fēng)道內(nèi)徑為820 mm，風(fēng)道上設(shè)電動(dòng)擋板，遠(yuǎn)程控制。該方案可使排煙溫度升高約10 K，減小低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)需要注意，該方法降低了二次熱風(fēng)溫度，導(dǎo)致鍋爐效率降低約0.5%。

4 結(jié)語

(1)通過對(duì)4根樣管的化學(xué)成分分析、微觀金相分析及SEM/EDS分析，可以看出空預(yù)器一級(jí)管箱管道發(fā)生了低溫腐蝕。

(2)盡管Q355GNH屬于耐腐蝕性能較好的材料，但當(dāng)使用在燃用劣質(zhì)煤種的電站空預(yù)器中時(shí)，Q355GNH耐腐蝕性能難以滿足機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。推薦采用ND鋼(09CrCuSb合金鋼)、SA-213 TP316L及其他性能更好的不銹鋼管材。

(3)增加空預(yù)器進(jìn)口暖風(fēng)器加熱蒸汽流量，提高空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫，可降低低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

(4)在二次風(fēng)側(cè)空預(yù)器左右兩側(cè)進(jìn)口和出口增設(shè)了聯(lián)絡(luò)風(fēng)道，通過調(diào)節(jié)擋板開度，可以使排煙溫度提高10 K，降低低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。