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。
