基于暖风器进汽调门自动调节优化的防空预器低温腐蚀技术

吴浩南

（内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司 026000）

摘 要：大型火电机组回转式空预器的低温腐蚀问题不仅危及机组安全运行，同时也限制了锅炉排烟温度的降低,在锅炉运行中时常为了避免低温受热面发生腐蚀而投运暖风器系统,排烟温度被迫提高,牺牲了机组的一部分经济性。本文为了更准确地预防低温腐蚀的发生,进行分析通过暖风器进汽调门自动调节优化来准确控制空预器入口一二次风温度的方法，用来保护低温受热面。提升了机组运行的经济性，保障了机组安全稳定运行。

关键词：空预器；暖风器；低温腐蚀；进汽调门；调节优化

Low temperature corrosion technology of air defense preheater based on automatic adjustment optimization of steam inlet regulating valve of air heater

Wu Haonan

(Inner Mongolia Datang International Xilinhot Power Generation Co.， Ltd.  026000)

Abstract：The low temperature corrosion problem of the rotary air preheater of large thermal power units not only endangers the safe operation of the unit, but also limits the reduction of the boiler exhaust gas temperature. In order to avoid the corrosion of the low temperature heating surface during the boiler operation, the air heater system is often put into operation, and the exhaust gas temperature is forced to increase, sacrificing part of the unit's economy. In order to prevent the occurrence of low-temperature corrosion more accurately, this paper analyzes the method of accurately controlling the temperature of primary and secondary air at the inlet of air preheater through the automatic adjustment and optimization of the steam inlet regulating valve of air heater to protect the low-temperature heating surface. It improves the economy of unit operation and ensures the safe and stable operation of the unit.

Key words：Air preheater; Air heater; Low temperature corrosion; Steam inlet control valve; Regulation optimization

引 言：空预器产生尾部受热面低温腐蚀的原因是含硫的燃料燃烧后，产生的SO2在炉膛的高温作用下，部分氧原子会离解成原子状态，它能将SO2氧化成SO3。烟气中含有的微量SO3在烟温降到580℃以下时，会与烟气中的水蒸汽结合，形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的露点温度远高于水蒸汽的露点温度，当受热面的冷端平均温度低于烟气酸露点温度时，硫酸蒸汽在受热面上凝结，而产生酸性腐蚀。一般来说，受热面低温腐蚀发生在一个相当宽的范围内，凝结出来的硫酸浓度也随着温度的降低而逐步变小。腐蚀的速度与硫酸的浓度有关，硫酸浓度高，腐蚀的速度比较缓慢，在酸浓度达到56%时，腐蚀的速度最快。腐蚀的速度同时也受温度的影响。壁温低于酸露点温度10℃~15℃时，发生的腐蚀最为强烈[1]。

低温腐蚀能引起受热面穿孔、传热效果恶化、漏风增加、排烟温度升高，使锅炉效率大幅下降;同时，还可能伴随着堵灰现象的发生，使风机的电耗上升，还可能引起风机出力不足，使锅炉负荷不得不发生下降。而且腐蚀和堵灰是相互促进的，腐蚀使积灰增加，积灰反过来又使受热面的传热减弱，受热面金属壁温进一步降低，而350℃以下沉积的灰又能吸附SO3加速腐蚀的过程。在腐蚀和堵灰严重时，甚至能造成停炉的危险。

为了锅炉的安全稳定运行，必须采取措施防止低温腐蚀的发生。防止低温腐蚀的手段很多，比如：从锅炉设计的角度应在保证燃烧的前提下，采用尽可能低的过剩空气系数;空气预热器制造厂应根据用户的需要在冷端采用耐腐蚀的材料;运行中喷射氨或加入添加剂减轻SO2的生成或中和已生成的硫酸等重要手段。其中采用提高进风温度，以保证冷端的平均壁温高于酸露点温度是最广泛应用的方法。

在已选定锅炉及煤源比较稳定的情况下，锅炉的冷端平均温度主要与空预器进口的空气温度有关。通常在运行工况下，冷端平均壁温应比推荐值高5℃。计算冷端平均温度时采用的出口烟温为未修正的排烟温度。冷端平均壁温可采用排烟温度与送风温度的算术平均值。

空气预热器出口的排烟温度是随着锅炉负荷的变化而变化的，锅炉负荷降低，排烟温度也随之降低，这样如果仍以额定工况下的温度进风，则冷端平均温度很难保证。因此，必须提高空预器入口的风温。

要得到满意的进风温度，防止低温腐蚀，可采用热风再循环或暖风器对空气预热器入口的空气进行预热。根据《大中型火力发电厂设计规范》(GB-50660-2011)，对于热风再循环系统宜用于环境温度较高地区，而对于环境温度较低地区应选用暖风器系统。

空预器进风温度能否满足要求是确定一个工程是否采用暖风器的重要因素，它是锅炉排烟温度，空预器形式及所采用的材料，燃料种类及含硫量、当地气温等多种因素决定的。

在严寒地区，进风温度不能保证风机制造厂的要求(一般要大于-25℃)时，或者是为了防止冷风道出现结露的情况时，装设暖风器是时所必然的。

对于严寒地区来说，暖风器是提高进风温度的最佳方案，怎样合理布置暖风器就显得尤为重要了。目前电厂暖风器都是利用抽汽来加热空气，总的来说，蒸汽压力在保证必须的调节功能的前提下，应尽可能低些，蒸汽的过热度应尽量小些，以保证经济性。

我厂暖风器布置在风机出口，是在空预器入口的垂直风道上，布置在垂直风道上，有利于疏水顺畅流出。

1、原有的空预器入口一二次风温控制系统

1.1 疏水调门控制系统

原有的空预器入口一二次风温的控制主要依靠调节一二次风暖风器的疏水调门开度来实现的，此种方法调节速度慢、不精准，系统的内外扰动比较大。内部的扰动主要来自暖风器进汽压力和温度的变化，外部的扰动主要来自室外环境温度的变化。

由于暖风器内部蒸汽管道较长，热惯性较大，A、B侧一二次风暖风器疏水调门运行人员往往采取手动调节，同时依靠蒸汽在暖风器遇冷凝结的疏水流量来间接调节空预器入口一二次风温度效果很差，并且我厂之前没有安装A、B侧一二次风暖风器进汽调门，进汽采用手动机械门控制，调节精度差，往往达到固定开度后就不再人为干预，所以不能准确、快速的控制空预器入口一二次风温度。

2、升级后的空预器入口一二次风温控制系统

升级后的空预器入口一二次风温控制系统，分别在A、B侧一二次风暖风器蒸汽入口处增设进汽调门用以精确控制A、B空预器入口一二次风风温，能够起到预防空预器低温腐蚀的作用。进汽调门为气动门，定位器指令、反馈由信号电缆接入DCS系统，定位器控制死区设为1%。定位器输入气源前设有过滤减压阀，保证了气源压力的稳定及进入执行机构气体的洁净[2]，A、B空预器入口一二次风温的测量装置为pt 100热电阻，采用三线制通过专用计算机阻燃屏蔽电缆接入DCS，测量精度高，测温范围为-50~200℃，控制系统增设进汽调门的效果如下图所示。

图1 暖风器增设进汽调门的效果图

3、暖风器进汽调门自动调节逻辑优化

3.1A侧二次风暖风器进汽调门逻辑参数

分别对A、B侧一二次风暖风器共四个进汽调门进行了自动调节逻辑优化，下面着重以我厂1号炉A侧二次风暖风器进汽调门逻辑为例进行说明。整体为单回路闭环负反馈调节系统，通过调节A侧二次风暖风器进汽调门开度，使A空预器入口二次风温度稳定在设定范围内。被调量为1号炉A空预器入口二次风温度 ，设定值由运行人员手动给定，被调量经过3s的LAG作为PID的PV输入，PID的计算结果通过手自动切换功能块后作用于执行机构。PID设为反作用，标幺1。通过4比1衰减曲线法[3]，整定比例系数P为2，积分时间I设置为200，微分D设置为0，PID输出上下限设置为0～100。设定值跟踪测量值，PID输出跟踪手操器输出指令。

3.2 A侧一次风、B侧一二次暖风器PID主要参数

A侧一次风、B侧一二次暖风器主要参数整定结果如下：

3.2.1  A一次风暖风器进汽调门，PID：反作用，标幺1，比例系数P：5，积分I：400，微分：0，输出量程0～100。

3.2.2  B一次风暖风器进汽调门，PID：反作用，标幺1，比例系数P：6，积分I：300，微分：2，输出量程0～100。

3.2.3  B二次风暖风器进汽调门，PID：反作用，标幺1，比例系数P：5，积分I：400，微分：2，输出量程0～100。

3.3控制系统自动切手动的条件如下：

3.3.1 暖风器进汽调门PID输出指令与阀门位置反馈数值偏差大于20，延时5s。

3.3.2 暖风器进汽调门控制回路设定值与被调量数值偏差大于20，延时5s。

3.3.3 暖风器进汽调门控制回路被调量质量坏点。

图2 A二次风暖风器进汽调门控制逻辑图

4、优化后的控制系统趋势图分析

下面着重以1号炉A二次风暖风器进汽调门控制系统参数的历史趋势为例进行分析，我们可以看到，在一段时间内设定值发生了三次比较大的阶跃变化，设定值最大变化幅度为5，被调量1号炉A空预器入口二次风温度变化紧跟设定值，阀门位置反馈与输出指令基本一致，无卡涩，调节速度快，被调量稳定，最大负超调量为2.4，最大正超调量为2.2，满足了设计要求，內扰主要来自1号炉暖风器进汽蒸汽压力的波动，系统抗干扰能力强。

图3 A二次风暖风器进汽调门控制参数曲线图

5、结论

我厂冬季处于严寒天数较多，室外环境温度与系统内温度差大，如果不对空预器入口的一二次风温度加以精准控制，会加快空预器换热材料的金属热疲劳，并且极易造成空预器的低温腐蚀，降低机组的热经济性。之前采取的暖风器疏水调门控制空预器入口风温效果不好，作用不明显。本文通过暖风器增设进汽调门，并对暖风器进汽调门自动调节逻辑优化的方法，在内外大幅扰动下可以使空预器入口一二次风温稳定在设计值，起到了良好的防止空预器发生低温腐蚀的作用。通过咨询运行人员，了解到冬季工况下暖风器的进汽调门自动投入率很高，调节效果较好。降低了运行人员的劳动强度，提升了机组运行的经济性，保障了机组安全稳定运行。

参考文献

[1] 国家电力公司电力机械局.电站锅炉空气预热器.北京：中国电力出版社，2002.

[2]《石油化工仪表自动培训教材》编写组.调节阀与阀门定位器.北京：中国石化出版社，2009.

[3] 白志刚.自动调节系统解析与PID整定.北京：化学工业出版社，2012.

作者简介

吴浩南、男、助理工程师、长期从事火电厂热控相关工作，

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