王天偉,郭雪濤,季廣輝,袁立強,李國新,吳昌松,李宗耀

(神華河北國華定州發(fā)電有限責任公司,河北 保定 073000)

回轉式空氣預熱器堵塞原因分析及在線解決方法

王天偉,郭雪濤,季廣輝,袁立強,李國新,吳昌松,李宗耀

(神華河北國華定州發(fā)電有限責任公司,河北 保定 073000)

針對電廠空氣預熱器普遍存在堵灰現(xiàn)象,分析空氣預熱器堵塞的原因,以及預防空氣預熱器堵灰的措施,從可行性分析、試驗性應用等方面介紹神華河北國華定州發(fā)電有限責任公司在線解決空氣預熱器堵塞的方法,認為該方法可以使引風機在相同負荷下的耗電量明顯降低,降耗效果明顯。

空氣預熱器;堵塞;脫硝;低溫腐蝕;在線沖洗

回轉式空氣預熱器(簡稱“空預器”)的低溫腐蝕和堵灰現(xiàn)象是電廠普遍存在的問題。盡管各電廠在鍋爐設計、安裝和運行中都已充分考慮并采取了防止低溫腐蝕和堵灰的措施,但實際運行中仍然存在空預器堵灰問題。隨著國家環(huán)保要求日益嚴峻,SCR脫硝工程在全國各大電力企業(yè)紛紛登上改造日程,SCR脫硝裝置的投入,隨之帶來的空預器蓄熱元件堵塞情況頻頻發(fā)生,特別是機組低負荷期間氨逃逸率的增高和高硫份煤的燃燒,當煙氣中的SO3的濃度大于逃逸出NH3濃度時生產(chǎn)熔融的液態(tài)硫酸氫氨,導致空預器堵塞周期明顯縮短。

1 空預器堵塞原因分析

1.1 空預器積灰

煤中的硫燃燒生成SO2,SO2在催化劑(積灰中的Fe2O3)的作用下進一步氧化生成SO3,其與煙氣中的水蒸汽生成硫酸蒸汽,硫酸蒸汽的存在使煙氣的露點顯著升高,當燃料中含硫量越高、過剩空氣系數(shù)越大,煙氣中SO3含量越高,露點越高。由于空預器中空氣的溫度較低,煙氣溫度不高,壁溫常低于煙氣露點,這樣硫酸蒸汽就會凝結在空預器受熱面上,煙氣中的灰、沙粒便容易粘在空預器的受熱面上形成積灰,進一步發(fā)展就會造成空預器堵灰[1]。

1.2 脫硝系統(tǒng)(SCR)對空預器的影響

隨著國家環(huán)保要求日益嚴峻,SCR脫硝工程全國各大電力企業(yè)紛紛登上改造日程,SCR脫硝裝置的投入,隨之帶來的空預器蓄熱元件堵塞情況頻頻發(fā)生,空預器堵塞周期明顯縮短,特別是機組低負荷期間氨逃逸率的增高和高硫份煤的燃燒,當煙氣中的SO3的濃度大于逃逸出NH3濃度時,即會生產(chǎn)NH4HSO4(ABS):

NH4HSO3是一種高粘性液態(tài)物質(zhì),其熔點為147℃,而空預器的排煙溫度為120～140℃,所以NH4HSO4在空預器低溫段呈熔融狀態(tài),而液相NH4HSO4具有很強的腐蝕性和粘性,對空預器冷端蓄熱元件產(chǎn)生腐蝕的同時,還會吸附煙氣中的飛灰粘附在蓄熱元件表面,造成空預器堵塞(見圖1)。除了空預器流通阻力大幅增加外,積灰中NH4HSO4具有很強的吸潮性,在空預器低溫段會吸附大量的水蒸汽和硫酸,在蓄熱元件的表面形成酸洗環(huán)境,對空預器造成嚴重的腐蝕,從而形成惡性循環(huán),加劇空預器的堵塞情況。空預器是煙氣與一、二次風的換熱元件,即煙、風的共同通道,一旦空預器蓄熱元件發(fā)生堵塞,輕則加大空預器的漏風率,增加引、送、一次風機的電耗;重則堵塞風道,擾動爐膛負壓及燃燒工況,威脅機組的安全穩(wěn)定運行。

圖1 空預器冷端蓄熱元件鐘乳狀積灰

1.3 暖風器對空預器堵灰的影響

火電廠燃料燃燒后的煙氣流至尾部煙道時,其溫度可能會低于露點溫度,這便在鍋爐尾部受熱面和除塵器處形成積灰和腐蝕。積灰和腐蝕嚴重威脅鍋爐的安全、經(jīng)濟和正常運行,目前,預防的有效措施之一是采用暖風器。北方地區(qū)冬季投運暖風器,利用抽汽加熱提高一、二次風供風溫度,避免空預器壁溫嚴重低于煙氣露點,導致大量的硫酸蒸汽凝結現(xiàn)象的發(fā)生,造成空預器堵灰[2]。

1.4 漏風率對空預器堵灰的影響

空預器漏風是不可避免的,但漏風量可通過對密封間隙的調(diào)整使其降低到最低限值。漏風率降低,可使鍋爐排煙溫度上升,控制硫酸蒸汽在空預器冷端蓄熱元件的凝結,減少飛灰吸附,減緩空預器冷端堵灰[3]。

2 預防空預器堵灰措施

a.調(diào)節(jié)燃燒,降低空氣過量系數(shù),減少SO3的生產(chǎn);燃料供給方面盡量使用硫份更低的煤種。

b.加強鍋爐暖風器的維護檢查發(fā)現(xiàn)問題及時處理,杜絕因暖風器泄漏造成暖風器停運,特別是在寒冷的冬季,要確保暖風器的正常投運,避免空預器壁溫嚴重低于煙氣露點,導致大量的硫酸蒸汽凝結現(xiàn)象的發(fā)生,造成空預器堵灰[4]。

c.加強、規(guī)范空預器吹灰。

d.降低空預器漏風,提高排煙溫度。減少空預器積灰,避免堵灰故障的發(fā)生,卻增加了排煙熱損失,降低鍋爐的經(jīng)濟性,需要在運行中不斷分析、調(diào)整、總結經(jīng)驗,以尋求最佳經(jīng)濟運行點。

e.繼續(xù)優(yōu)化脫硝系統(tǒng)的運行控制,排放不超標情況下,控制氨逃逸[5]。

f.更換搪瓷蓄熱元件,降低積灰在元件表面的附著力,便于吹掃。

3 在線解決空預器堵塞的方法

神華河北國華定州發(fā)電有限責任公司3號機組采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的2300SMRC型三分倉回轉容克式空預器,風煙系統(tǒng)附帶脫硝裝置?？疹A器轉子直徑?14 236 mm,換熱元件熱端厚度1 400 mm,冷端厚度1 000 mm,轉子轉速0.99 r/min。

2014年3月,發(fā)現(xiàn)爐膛負壓波動,3號鍋爐空預器一次風側壓差值最高4 k Pa,爐膛負壓波動頻率與空預器轉速一致,判斷為空預器蓄熱元件發(fā)生堵塞。為避免停機的經(jīng)濟損失,技術人員著手研究空預器在線沖洗的可行性。

空預器在線沖洗顧名思義,是相對離線沖洗而言,在不停運設備的情況下實施空預器沖洗作業(yè)。若在線沖洗實施成功,則不再需要停機進行空預器離線沖洗,具有巨大的經(jīng)濟效益。

3.1 可行性分析

根據(jù)附帶SCR空預器脫硝裝置機組的使用說明進行分析,其配備一套在線高壓水清洗裝置,只是在使用過程中壓力不足,達不到?jīng)_洗的要求,所以在線實施水沖洗可行,但需要核實懸軌在線高壓水清洗技術實施時,空預器冷端煙氣側開孔對系統(tǒng)的影響。針對這一狀況,進行充分調(diào)研,論證了懸軌沖洗技術的可行性,實施過程中,開孔對系統(tǒng)基本無影響,排煙溫度基本無影響,只是在機組負荷較低的情況下,需要保證排煙溫度高于120℃,消除對電除塵的危害。

3.2 試驗性應用

3.2.1 考慮的因素

空預器在線沖洗首先要考慮的因素:

a.水量、水壓的控制;

b.排污問題;

c.排煙溫度對電除塵工作效率的影響;

d.冷水沖洗對蓄熱元件材質(zhì)冷粹及轉子變形的影響;

e.高壓水槍的支撐和推進問題。

3.2.2 保障措施

為保障項目實施的安全性,相關專業(yè)技術人員充分論證了可行性,并制定了保障措施:

a.沖洗時停止鍋爐吹灰,以保證較高的排煙溫度。

b.退出A側空預器扇形板自動調(diào)整,A側空預器吹灰暫停。

c.將A、B側引風機增加出力偏置-3 A,即A側引風機出力略小于B側引風機。

d.根據(jù)爐膛壓力適當增加機組負荷,保持31空預器排煙溫度超過120℃。

e.檢查空預器電流正常,方可開始進行空預器在線沖洗。

f.A側空預器電流,出口煙溫、出口一、二次風溫作為日常監(jiān)視曲線專人監(jiān)視,值班員專人監(jiān)視3號鍋爐電除塵進口煙溫。如空預器電流大于40 A,空預器排煙溫度小于120℃,空預器出口一、二次風溫小于230℃;沖洗側電除塵入口煙溫小于115℃,應立即匯報值長停止空預器在線沖洗。

g.灰控值班員應每小時檢查鍋爐一電場灰斗灰位和就地倉泵裝灰情況,發(fā)現(xiàn)灰斗灰位上升或倉泵裝不到灰及時匯報,防止水滴落入灰斗結塊堵塞灰斗。

h.A側空預器沖洗過程中,加強送、引、一次風機巡檢,運行中做好輔機跳閘的事故預想,發(fā)生輔機跳閘,應立即通知檢修停止空預器沖洗,按照輔機跳閘應急處理預案進行處理。

j.沖洗水壓力50 MPa,沖洗水量控制在100 L/min以下。

3.2.3 沖洗作業(yè)實施

a.空預器煙氣側冷端殼體開孔200 mm×400 mm。

b.制作沖洗水車及導軌,將導軌利用空預器殼體外部支點,將沖洗軌道懸空推入至空預器內(nèi)部,安裝沖洗水車及高壓槍頭,并將軌道固定,防止在空預器內(nèi)部發(fā)生傾翻,卡澀空預器轉子。

c.使用離線水沖洗使用的高壓沖洗車作為水源,最終將水壓設置在50 MPa,待沖洗裝置安裝完成后連接高壓水管。

d.軌道架設完畢后,由空預器中心處逐步往外進行沖洗,沖洗時要根據(jù)空預器轉速和高壓水槍的穿透力來控制沖洗時間和沖洗車拉動距離,沖洗時由里向外退每次5 cm,最內(nèi)側點停留時間初始為10 min,每外退10次,增加5 min沖洗時間,并觀察沖洗后壓差變化,逐漸調(diào)整各部的沖洗時間。

e.經(jīng)常檢查沖洗水的疏水系統(tǒng)是否暢通。

3.2.4 試驗過程及結果

a.A側空預器單側沖洗完畢后,一次風側壓差值穩(wěn)定在0.8 k Pa,較沖洗前有明顯改觀。

b.沖洗前預想除灰效果明顯的情況下,大量的堵灰落下,會導致空預器煙氣側灰斗排灰不暢,需要將空預器下灰斗事先清理。灰斗排污管彎頭處加接沖洗水管很好地解決了這一問題,實施沖洗后,大部分堵灰隨煙氣進入電除塵器被除掉。

c.空預器在接受沖洗過程中,出口煙溫會出現(xiàn)較大的波動,這是沖洗水蒸發(fā)吸熱后形成的低溫煙氣帶不時流經(jīng)空預轉子下方煙溫測點時造成的虛假波動,此時應關注空預器一、二次風出口風溫及電除塵入口煙溫,只要參數(shù)波動在允許范圍內(nèi)即可。

d.負荷較低時停止水沖洗,此時煙氣流量較低,沖洗水流量恒定,如果繼續(xù)沖洗可能會導致電除塵煙溫下降,降低除塵效果。

e.空預器運行平穩(wěn),說明轉子未出現(xiàn)過量變形,換熱片及表面搪瓷運行中無法檢查,待機組停運后檢查。

4 結論及分析

a.經(jīng)過在線沖洗試驗得出結論:與空預器離線沖洗一樣,在線沖洗可以使引風機在相同負荷下的耗電量明顯降低,尤其是在機組負荷較高的情況下,與在線沖洗空預器前比較,單臺引風機最大的電流降幅約為10 A左右,降耗效果明顯。

b.通過此次試驗證明,雙側空預器在線進行高壓水沖洗是完全可行的,可以在不影響機組正常負荷的情況下有效的降低空預兩側的差壓,延長空預器停機沖洗的周期。

c.高壓力的水沖洗對空預器堵灰的現(xiàn)象有緩解的作用。成熔融狀態(tài)下的NH4HSO4容易沖洗,高壓水進入空預器是一個吸熱沸騰并劇烈膨脹的過程,能在換熱元件間隙產(chǎn)生很大的壓力,能有效的疏松堵灰,而吹灰蒸汽只能能吹走較為疏松的浮灰。

d.沖洗試驗過后,還發(fā)現(xiàn)了一些問題:空預器在線沖洗條件下落灰較多,原有灰斗配置的灰水管無法將積灰順利排出,大量的積灰可能阻塞出口煙道,需要對原有灰斗進行改造以適應落灰的需要。負荷較低時,空預器煙氣出口溫度較低,使用水沖洗會進一步降低進入電除塵器的煙溫,除塵器灰斗存在更大的堵灰風險。

[1] 王 鑫,陳 城,李富寶,等.SCR脫硝工藝空氣預熱器堵塞對策分析[J].吉林電力,2012,40(6):.

[2] 盧順新,戴 榮,楊義軍,等.600 MW鍋爐空預器積灰堵塞原因分析及防范[J].湖南電力,2012,32(2):

[3] 鐘禮金,宋玉寶.鍋爐SCR煙氣脫硝空氣預熱器堵塞原因及其解決措施[J].熱力發(fā)電,2012,41(08):

[4] 王智勇,王樹植,王金峰.空氣預熱器堵塞原因及清洗方法[J].管道技術與設備,2008,(1)

[5] 雷會斌.燃煤機組采用SCR脫硝技術對鍋爐空預器的影響[J].能源研究與利用,2012,(6)

本文責任編輯:齊勝濤

Cause Analysis and Online Solving Method on Rotary Air Preheater Blockage

Wang Tianwei,Guo Xuetao,Ji Guanghui,Yuan Liqiang,Li Guoxin,Wu Changsong,Li Zongyao
(1.Shenhua Hebei Guohua Dingzhou Power Co.,Ltd,Baoding 073000,China)

Aiming at the power plant air preheater widespread clog ging phenomenon,a serious threat to the safe and stable operation of the unit,hazard analysis and clogging blockage air preheater,and air preheater fouling prevention measures,from the feasibility analysis,the test application is described in terms of God Hua River North China Dingzhou power generation limited liability company online the solution is blocked pre empty,that the method can make the fan power consumption under the same load decreased,obvious energy saving effect.

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TM621

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王天偉(1973-),男,工程師,主要從事火力發(fā)電廠生產(chǎn)管理工作。