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        回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器換熱元件碎裂原因分析及預(yù)防

        2021-06-26 00:50:10祁青福嚴彩兄
        冶金動力 2021年3期
        關(guān)鍵詞:預(yù)器吹灰預(yù)熱器

        陳 平,祁青福,馬 駿,嚴彩兄

        (酒鋼集團宏晟電熱公司,甘肅嘉峪關(guān) 735100)

        前言

        某電廠2 臺350 MW 抽凝式發(fā)電機組,于2013年5、6 月先后投產(chǎn)。鍋爐為超臨界直流鍋爐,額定蒸發(fā)量為1 200 t/h、鍋爐額定工況過熱器出口蒸汽壓力為25.4 MPa。機組正常運行期間,空氣預(yù)熱器的出入口差壓在1 300~1 500 Pa 之間,2014 年10月開始,該兩臺機組鍋爐空預(yù)器的出入口差壓持續(xù)上升,最高達到2 800 Pa,嚴重影響到鍋爐的帶負荷能力,導(dǎo)致機組的最大發(fā)電負荷只能維持在260 MW,判斷空預(yù)器蓄熱元件堵塞是造成其差壓急劇上升的主要原因。

        1 空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)及工作原理

        在鍋爐尾部煙道布置了兩臺型號為LAP11284/2400 的三分倉容克式回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子直徑為11 284 mm,熱端蓄熱元件有上中兩層,其中上層蓄熱元件高度為400 mm,中層蓄熱元件高度為1 000 mm;下層蓄熱元件為冷端,其高度為1 000 mm。冷端蓄熱元件為搪瓷元件,其余熱段蓄熱元件為碳鋼材質(zhì)??疹A(yù)器的蓄熱元件按圓周方向分為48組布置,每組蓄熱元件從旋轉(zhuǎn)軸向外又按照圓周的大小依次布置有5個蓄熱元件。

        回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器在鍋爐運行過程中持續(xù)保持旋轉(zhuǎn),其蓄熱元件位于煙氣側(cè)的部位,隨高溫?zé)煔獾呐懦鰻t內(nèi)流動而吸熱,蓄熱元件溫度與其部位對應(yīng)的煙氣溫度存在5 ℃左右的換熱端差,其熱端至冷端溫度隨煙氣溫度的下降而逐步降低,煙氣溫度由進入空預(yù)器前的360~380 ℃下降到排出時的120~150 ℃;其蓄熱原件位于空氣側(cè)的部位,20~40 ℃的冷空氣自下而上逆流進入空預(yù)器,與空預(yù)器蓄熱元件進行換熱,最終被加熱為360 ℃的熱空氣,一部分作為一次風(fēng)進入制粉系統(tǒng)制備煤粉后進入爐膛,一部分作為二次風(fēng)直接進入鍋爐爐膛供給煤粉燃燒。因煙氣中含有大量的煤粉燃燒后的灰塵,因此,攜帶大量灰塵的煙氣在空預(yù)器蓄熱元件內(nèi)碰撞、降溫減速等因素的影響下,部分灰塵會沾污到蓄熱元件表面,在影響換熱效率的同時,堵塞蓄熱元件間的通道,造成空預(yù)器阻力的增加。

        為減少鍋爐空氣預(yù)熱器的堵灰,每臺預(yù)熱器在煙氣側(cè)熱端裝有1 臺半伸縮式蒸汽吹灰器,冷端裝有1臺蒸汽高壓水雙介質(zhì)吹灰器。吹灰器采用電機驅(qū)動,齒輪-齒條行走機構(gòu)。蒸汽吹灰器電動機型號YSR-6324,功率0.18 kW,行程1 160 mm,過熱蒸汽壓力1.0 MPa,溫度330 ℃,蒸汽耗量約80 kg/min。雙介質(zhì)吹灰器電動機型號Y90S-4,功率1.1 kW,行程1 300 mm,過熱蒸汽壓力1.57 MPa,溫度350 ℃,蒸汽耗量約80 kg/min。吹灰器在伸進預(yù)熱器的行程中吹灰(約需時13 min),退出時進汽閥關(guān)閉,每一次吹灰周期蒸汽耗量約為1 000 kg。吹灰蒸汽在空預(yù)器冷端會發(fā)生冷凝,對加劇煙氣中灰塵沾污到蓄熱元件表面的速率。

        2 空氣預(yù)熱器換熱元件碎裂的現(xiàn)象

        空氣預(yù)熱器自轉(zhuǎn)子中心向外,每組均有蓄熱件5 格,發(fā)生換熱片碎裂的蓄熱件集中在上層中的第二、第三格。

        從表象看,換熱片碎裂后的蓄熱元件,都存在換熱片間距增大、換熱片可產(chǎn)生橫向位移的現(xiàn)象。抽出上層蓄熱元件后,在中層蓄熱元件的頂部,積存了大量上層蓄熱元件換熱片碎裂后的碎片,且上層第三、四格蓄熱元件未碎裂的換熱片,大部分存在長短不一的斷痕。蓄熱元件碎裂現(xiàn)象如圖1。

        圖1 空預(yù)器上層蓄熱元件碎裂情況

        3 換熱片碎裂原因分析

        3.1 初步判斷

        通過對空氣預(yù)熱器蓄熱元件換熱片碎裂現(xiàn)象的觀察,初步判斷造成換熱片碎裂的原因可能有:

        (1)換熱片材質(zhì)與設(shè)計不符,運行一段時間后發(fā)生碎裂現(xiàn)象。

        (2)空氣預(yù)熱器的吹灰壓力偏高,吹灰時的沖刷力超過了碳鋼材質(zhì)的承受水平,造成換熱片碎裂。

        (3)空氣預(yù)熱器的吹灰頻次過高,造成換熱片碎裂。

        (4)預(yù)熱器蓄熱元件內(nèi)的換熱片安裝數(shù)量不足,使換熱片間存在可移動的間隙,機組運行吹灰時,在吹灰蒸汽壓力的作用下,使換熱片發(fā)生頻繁的互相碰撞,造成換熱片被碰裂直至被撕裂而掉落。

        3.2 原因排查

        針對初步判斷的四種可能原因,進行了逐項檢測、檢查和分析,具體結(jié)論如下:

        (1)對換熱片材質(zhì)進行了光譜檢測,確定350 MW 機組鍋爐空預(yù)器上層換熱片的材質(zhì)為碳鋼,排除了材質(zhì)與設(shè)計不符的問題。

        (2)針對空預(yù)器吹灰壓力偏高的懷疑,對實際吹灰壓力進行了重新標定,確認吹灰壓力為1.6 MPa,與設(shè)計吹灰壓力相當(dāng);與兩臺300 MW 機組鍋爐空預(yù)器的吹灰壓力、以及周邊同類型電廠空預(yù)器的吹灰壓力進行了比對,確定不存在偏高的問題。

        (3)通過對運行吹灰趨勢的調(diào)閱,確定2 臺350 MW 機組鍋爐空預(yù)器的吹灰器,基本按照每天3 次的頻次進行吹灰,機組投運后的總運行時間約500 天,總吹灰次數(shù)約1 500 次左右。而該廠2 臺300 MW 機組于2007 年底投產(chǎn),運行已超過7 年,空預(yù)器的吹灰頻次也按照3次/天的標準執(zhí)行,對空預(yù)器的總吹灰次數(shù)已超過6 000 次,但兩臺300 MW 機組鍋爐的空預(yù)器換熱片均沒有碎裂的現(xiàn)象,因此,可基本排除吹灰頻次過高造成空預(yù)器換熱片碎裂的懷疑。

        (4)在將空氣預(yù)熱器的蓄熱元件吊出后,仔細對蓄熱元件中換熱片的安裝情況進行了比對,換熱片已碎裂的蓄熱元件中,存在明顯的可移動間隙,換熱片可隨意的進行擺動,但由于換熱片已碎裂,無法判斷是否在原始狀態(tài)就存在安裝不足的問題(圖2)。通過對換熱片有裂紋、但沒有碎裂的蓄熱元件進行檢查,發(fā)現(xiàn)廠家在安裝換熱片時,蓄熱元件框架內(nèi)存在1 cm 多的空間沒有安裝(圖3)。再對換熱片無裂紋的蓄熱元件進行檢查,換熱片都緊密地填滿了蓄熱元件框架,不存在空余間隙的問題(圖4)。

        圖2 換熱片碎裂,間隙增加

        圖3 蓄熱元件頂部有1 cm多沒有被換熱片填滿

        圖4 換熱片填充緊密的蓄熱元件,無碎裂現(xiàn)象

        3.3 原因確定

        通過以上分析,可確定導(dǎo)致350 MW 機組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器上層蓄熱元件換熱片碎裂的主要原因為:蓄熱元件在廠家組合時,沒有將換熱片緊密地填滿蓄熱元件框架,在機組運行過程中,換熱片在較高壓力吹灰蒸汽的反復(fù)推動下,與相鄰的換熱片發(fā)生了頻繁的碰撞,造成換熱片先產(chǎn)生裂紋,裂紋擴散后斷裂,造成換熱片間的間隙擴大,進而加劇了換熱片的碎裂進程。

        4 預(yù)防措施

        針對回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器蓄熱元件換熱片碎裂的問題,制定了預(yù)防措施并進行長期執(zhí)行,取得了較好的效果。

        (1)對空氣預(yù)熱器已安裝的換熱片未充填緊密的蓄熱元件,通過在蓄熱件骨架內(nèi)側(cè)加裝墊片的方式,將換熱片頂緊,達到防止在運行過程中出現(xiàn)擺動碰撞的目的。

        (2)對重新定制的蓄熱元件,在技術(shù)協(xié)議中提出了要求,通過提高制造和質(zhì)量驗收標準的方式,督促廠家在蓄熱元件制作過程中嚴格充填換熱片,確保充填的緊密度。

        (3)機組運行過程中,強化吹灰蒸汽的管理,在每次吹灰前,必須將吹灰蒸汽閥前的溫度通過疏水提高到300 ℃以上,防止管道內(nèi)存在的冷凝積水在吹灰初期造成蓄熱元件表面換熱片材質(zhì)的急劇變化而碎裂。

        (4)每年結(jié)合檢修,對空預(yù)器吹灰蒸汽的壓力進行標定調(diào)整一次,保證吹灰蒸汽壓力在規(guī)定范圍。

        (5)在機組檢修過程中進行空預(yù)器蓄熱元件內(nèi)部的冷態(tài)高壓沖洗時,要求施工人員按照與換熱片基本平行的狀態(tài)對高壓沖洗水槍進行控制,防止保持角度沖洗造成換熱片的損壞,并在沖洗結(jié)束后進行全面檢查。

        5 取得的效果

        通過實施將蓄熱元件填充緊密的方式,自2015年再次投入該2 臺350 MW 機組鍋爐空預(yù)器運行以來,已經(jīng)過了長達5年的時間,再沒有發(fā)生因空預(yù)器換熱元件碎裂而導(dǎo)致的空預(yù)器出入口差壓上升問題。

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