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生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰分析

作者:晟源科技 点击:103 时间:2023-11-01

积灰块从初的灰颗粒不断生长,直到堵满空气预热器管排,形成大的积灰块。这个过程微就是图2b中长条形晶体不断生长并积累灰颗粒的过程。从积灰形成的位置分析,在同属低温部分的低温省煤器区域没有出现积灰,只在SCR系统后的空气预热器表面形成积灰。

生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰分析

1问题

1台130t/h高温高压生物质循环流化床锅炉,配套25MW汽轮发电机组和“湿法脱硫+SCR脱硝+湿式静电除尘”超低排放系统。锅炉安装调试过程中发现尾部烟道内空气预热器部分阻力不断增大,超过400 Pa, 造成引风机阻力不断增大,锅炉正压增大燃烧工况不断恶化。停炉检修发现空气预热器积灰严重,流通截面超过30%被堵死(图1)。积灰呈褐色,已发生板结。空气预热器虽然采用了搪瓷管,但仍有部分管子被积灰腐蚀,腐蚀严重的已经达漏风的程:度。此外,检修:现场有浓浓的氨水气味。

图1空气预热器积灰现场

2原因分析

(1)积灰腐蚀机理。燃煤锅炉烟气中含有三氧化硫和受热面壁温低于酸的露点温度,是空气预热器积灰腐蚀的主要原因。积灰和腐蚀般先发生在空气预热器冷端的管外壁上,并从空气预热器管的冷端向热端生长。在烟气流速较低的烟道四周死角,积灰生长更加迅速。但是对于生物质锅炉,特别是生物质循环流化床锅炉来说,由于燃料特性发生了根本性变化,烟气成分和酸的露点温度也随之变化。锅炉烟气采用炉内脱硝后,在尾部烟道布置了催化剂并进行喷氨,对锅炉烟气成分也产生一定影响。 因此,生物质循环流化床锅炉与燃煤锅炉空预器积灰形成机理有所不同。

(2)取样分析。从空气预热器表面积灰中取样,采用JSM-6390A SEM (扫描电 子显微镜,Scanning Electron Microscope)技术观察积灰块的表观形态,同时采用EDS(能谱,Energy Dis-persive Spectrometer )技术测量积灰块表面元素分布。为了确定积灰的矿物学组成,从积灰块上刮下少许粉末,采用ThermoElectron公司生产的X射线衍射仪对样品进行XRD (X射线衍射,X-Ray Diffraction)分析,扫描角度为 5*~80° ,扫描步长为0.020 ,后采用MDI JADE 软件进行寻峰。

(3 )分析结果。空气预热器表面积灰的电镜扫描图给出了积灰表面的微观形态,见图2。图2a显示积灰块在5000x电镜下结构较为疏松,但是能清楚地看到存在很多晶体,晶体表面附着一些细小的颗粒。这些细小颗粒的出现可能是疏松的积灰粘附在样品上的原因。图2b采用10000x放大倍数观察图2a中的典型颗粒,发现颗粒表面附着大量长条形、具有晶格结构的晶体,晶体排列不整齐,生长方向没有明显的规律。从图2中可以看出,晶体也是该颗粒的一部分。根据晶格形状的典型性,判断晶体为某种盐类物质。

图2积灰块 SEM图

积灰块从初的灰颗粒不断生长,直到堵满空气预热器管排,形成大的积灰块。这个过程微就是图2b中长条形晶体不断生长并积累灰颗粒的过程。从积灰形成的位置分析,在同属低温部分的低温省煤器区域没有出现积灰,只在SCR系统后的空气预热器表面形成积灰。据此判断积灰的形成与SCR系统有关。对空气预热器表面积灰分别进行能谱(EDS )和X射线衍射(XRD)分析,其中EDS分析的扫描范围是图2a的整个视场,XRD分析是在积灰块表面刮取少量粉末进行分析。

图3为空气预热器积灰块EDS测试结果。积灰块主要由CI,Ca,S,Si,Al等元素构成,还含有少量的Fe。由于生物质燃料中的CI含量较高,木质生物质燃料中Ca含量较高,元素分析结果显示CI和Ca含量较高,因此可以推断积灰的形成与Cl和Ca元素有直接关系。由于积灰块中含有一-定量的锅炉飞灰,所以积灰块中Si元素的含量也较高。检测中发现的少量Fe元素,可能是积灰块对空气预热器管腐蚀的结果。

图3 空气预热器积灰块EDS测试结果

图4为积灰块粉末的XRD分析结果,可以印证EDS分析结果。空气预热器积灰中可鉴别出具有明确晶格特性的组分是NH4CI,这个结论和能谱分析结果一致。 考虑到取样时闻到的氨水气味、电镜分析中观察到的晶体和元素分析中测得的大量CI元素,可以判定电镜中观察到的晶体是NH4CI,NH4Cl晶体的生长促进了空气预热器大面积积灰的形成。

图4空气预热器表面积灰块XRD分析结果

(4)结论。生物质锅炉运行过程中,燃料燃烧后释放出大量烟气。烟气流经过热器、省煤器空气预热器后,温度达到120~140C。在空气预热器冷风进口段,局部温度<120 C,该环境温度非常适合NH,CI晶体的生成。生物质燃料本身的元素组成也对积灰的形成产生影响。在生物质燃料燃烧过程中,烟气中含有大量Cl元素,经常参与锅炉受热面的结渣、沉积腐蚀过程。考虑到在脱硝过程中,尾部烟道内喷人了一定量的氨水。逃逸的氨水与烟气混合后,会发生反应:NH3-H2O+HCH +NH,Cl+H2O。 反应生成的NHLCI吸潮后容易结块,是空气预热器表面积灰板结的原因。

当空气预热器区域烟气局部温度<120 C时,不仅是NH,CI晶体良好的生成环境,还会引起烟气结露。但是与燃煤锅炉不同的是,生物质循环流化床锅炉烟气的结露现象是HCI引起的。S

元素在炉内的自脱硫过程中被脱除,转化为CaSO,并富集积灰中。烟气结露与NHCI的形成生长、吸潮过程相互结合,共同导致了空气预热器表面积灰的产生。

3处理措施

(1)严格控制氨逃逸。大量NHCI的生成意味着NH3+H20O在脱硝系统中没有充分反应。氨逃逸不但会造成空气预热器表面积灰,而且会造成大气污染。因此须严格控制氨逃逸。一般情况下,应将氨逃逸浓度控制在2.3 mg/m3以下。控制氨逃逸一方面要从源头控制,提高SCR脱硝系统中NH3+H2O的转化效率;另一方面要从检测手段着手,目前市场上的氨分析仪普遍存着测量不的问题,不利于氨逃逸的控制。应尽量选用测量精

度高,适合循环流化床锅炉的氨分析仪。

(2 )严格控制系统中CI元素的摄人。大量研究表明,CI元素与生物质循环流化床锅炉受热面的积灰腐蚀问题直接相关。CI元素会转化为氯盐附着受热面上,为积灰的形成创造条件。燃料是Cl元素的主要来源,因此在燃料进厂前应先对燃料CI元素含量进行分析,尽量减少高CI燃料人炉或将高CI燃料与低Cl燃料进行掺烧。

(3 )提高空气预热器进口空气温度。根据积灰形成的条件,提高烟气温度能够明显减少空预器表面积灰的产生,但烟气温占1/4面积的点蚀、麻点,外圈有一- 处裂纹,且整个圆周上有点蚀、麻点;至少有7个滚珠出现裂纹,未见点蚀、麻点。见图7。轴承损坏严重,须更换。

4结论

振动频谱分析技术的应用,避免了轴承瞬间损坏造成的非计划停机事故。通过简易诊断发现异常后,采用振动频谱精密分析,可有效判断内部运行状态,通过对特征频率分析,并对轴承的部件通过频率进行计算,对比分析可判断可能发生损坏的部件及损坏现象,提前对隐患状态进行判定,及时进行检修处理,可效避免停机事故的发生。


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