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。
1.1 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]。
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。
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。
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
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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)
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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。