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        淺談燃煤電廠空預(yù)器堵塞原因及控制措施

        2021-07-04 04:31:06曲飛雨付曉晨
        廣州化工 2021年12期
        關(guān)鍵詞:煙氣

        曲飛雨,付曉晨

        (1 滄州華潤(rùn)熱電有限公司,河北 滄州 061000;2 滄州建投工程管理有限責(zé)任公司,河北 滄州 061000)

        空預(yù)器是提高鍋爐熱交換性能,減少熱量損耗的一種表面式換熱器。隨著我國(guó)煙氣節(jié)能減排工作的不斷深入實(shí)施,SCR煙氣脫硝在燃煤電廠中得到廣泛應(yīng)用[1-3],自SCR煙氣脫硝投運(yùn)以來(lái),空預(yù)器壓差出現(xiàn)增大趨勢(shì),尤其是超低排放以來(lái)空預(yù)器壓差增大更為明顯,引起燃煤機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增大,造成引起風(fēng)機(jī)耗電增加、喘振失速等問(wèn)題,甚至難以保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

        1 SCR脫硝原理

        SCR煙氣脫硝是指煙氣中NOX在催化劑作用被還原為對(duì)環(huán)境友好的N2和H2O[4-5]。目前我國(guó)典型SCR煙氣脫硝還原劑為NH3,下面以NH3做還原劑為例介紹SCR煙氣脫硝反應(yīng)原理,其主要反應(yīng)如下:

        由于原煤中含有不同程度的硫分,燃煤鍋爐尾部煙氣中含有或多或少的SO2,而SCR脫硝催化劑中活性成分V2O5對(duì)SO2的氧化具有一定的催化作用,其反應(yīng)機(jī)理如下:

        2 空預(yù)器堵塞原因

        2.1 入爐煤含硫量高

        目前,部分火電廠由于地理位置限制或降低運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本,機(jī)組運(yùn)行時(shí)入爐煤煤種遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)煤種,煙氣中生成的SO3與水蒸汽生成硫酸蒸汽,而硫酸蒸汽導(dǎo)致煙氣酸露點(diǎn)升高,故入爐煤含硫量高必然導(dǎo)致煙氣酸露點(diǎn)升高,當(dāng)酸露點(diǎn)高于排煙溫度時(shí)必然導(dǎo)致空預(yù)器冷端換熱元件結(jié)露,嚴(yán)重時(shí)造成空預(yù)器換熱元件腐蝕,在空預(yù)器出口形成硫酸氫氨,沉積在換熱元件表面,逐步阻塞空預(yù)器,增加煙風(fēng)系統(tǒng)阻力。

        2.2 氨逃逸量大

        目前,脫硝系統(tǒng)出口煙氣氮氧化物多為單點(diǎn)取樣,鍋爐燃燒具有多樣性脫硝反應(yīng)器內(nèi)部流場(chǎng)不均,且機(jī)組為適應(yīng)調(diào)度計(jì)劃負(fù)荷,均投入AGC進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),對(duì)鍋爐燃燒及煙氣流暢分布帶來(lái)更大的不確定性,導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值,造成噴氨量增加,氨逃逸量也隨之變大。另外,機(jī)組運(yùn)行中催化劑活性亦會(huì)逐步衰減或發(fā)生堵灰,同樣會(huì)增加氨逃逸量。在空預(yù)器冷端換熱元件區(qū)域,逃逸的NH3極易與煙氣中SO3反應(yīng)生成硫酸銨和硫酸氫氨,與此同時(shí),冬季環(huán)境溫度較低,機(jī)組運(yùn)行中排煙溫度有所降低,更接近硫酸氫氨露點(diǎn),極易發(fā)生硫酸氫氨凝結(jié)現(xiàn)象,導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。

        2.3 吹灰蒸汽過(guò)熱度不夠

        空預(yù)器阻塞現(xiàn)象在燃煤電廠普遍存在,為此空預(yù)器冷、熱段均采用蒸汽吹灰方式預(yù)防其堵塞。據(jù)統(tǒng)計(jì),吹灰蒸汽過(guò)熱度保持在111~130 ℃之間,吹灰效果良好[7]。然而,當(dāng)吹灰器疏水不暢通、提升閥調(diào)節(jié)不當(dāng)、槍管漏氣等任何部件故障時(shí),都會(huì)導(dǎo)致吹灰蒸汽參數(shù)不滿足設(shè)計(jì)要求,便無(wú)法保證吹灰效果,尤其當(dāng)蒸汽帶水時(shí),不但會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱元件表面積灰,還會(huì)造成不同程度的腐蝕,最終導(dǎo)致空預(yù)器阻塞。

        2.4 換熱元件金屬壁溫低

        為提高熱效率降低排煙溫度,導(dǎo)致空預(yù)器換熱元件金屬表面溫度降低,致使換熱元件金屬表面冷凝液增加,加速飛灰在表面黏附結(jié)垢速率[8],日積月累將換熱元件通道阻塞,最終空預(yù)器阻力增加。

        3 空預(yù)器堵塞危害

        空預(yù)器堵塞,直接引起空預(yù)器各分倉(cāng)進(jìn)出口壓差升高,風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增加,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電流增大,將會(huì)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)電耗上升且極易引發(fā)引風(fēng)機(jī)失速;換熱元件表面結(jié)垢導(dǎo)致空預(yù)器換熱效率大幅降低,空預(yù)器熱一、二次風(fēng)溫降低,排煙溫度升高,鍋爐效率呈現(xiàn)下降趨勢(shì),機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降;由于空預(yù)器換熱元件表面垢漬腐蝕,使空預(yù)器換熱元件使用壽命縮短;空預(yù)器堵塞不均勻時(shí),易引起風(fēng)煙系統(tǒng)阻力波動(dòng),嚴(yán)重時(shí)可引起一、二次風(fēng)壓及爐膛負(fù)壓大幅度波動(dòng),嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行可靠性。

        4 控制措施

        4.1 運(yùn)行調(diào)整

        加強(qiáng)媒質(zhì)控制,合理調(diào)整入爐煤摻配比,確保鍋爐低氮燃燒穩(wěn)定運(yùn)行,嚴(yán)格控制脫硝系統(tǒng)入口氮氧化物濃度在合理范圍之內(nèi)。機(jī)組運(yùn)行中加強(qiáng)空預(yù)器吹灰運(yùn)行調(diào)整,通??疹A(yù)器吹灰蒸汽壓力為1.8~2.0 MPa,根據(jù)空預(yù)器運(yùn)行參數(shù)合理控制其吹灰壓力及頻次,必要時(shí)提高空預(yù)器吹灰壓力至2.5 MPa。

        4.2 流場(chǎng)優(yōu)化

        隨著燃煤電廠深度減排實(shí)施,因脫硝系統(tǒng)流場(chǎng)分布不均、煙氣氮氧化物測(cè)點(diǎn)布置不合理,引起的噴氨量增加,最終導(dǎo)致氨逃逸量升高空預(yù)器阻塞情況日益凸顯。通過(guò)對(duì)脫硝系統(tǒng)流場(chǎng)優(yōu)化,即分區(qū)動(dòng)態(tài)巡測(cè)控制調(diào)整改造,實(shí)現(xiàn)脫硝煙氣全斷面在線監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各分區(qū)出口煙氣氮氧化物濃度,預(yù)設(shè)合理的濃度偏差,當(dāng)分區(qū)濃度偏差增大時(shí),根據(jù)偏差情況自動(dòng)調(diào)整該分區(qū)噴氨系統(tǒng)調(diào)節(jié)門,實(shí)時(shí)控制噴氨量,調(diào)節(jié)分區(qū)出口氮氧化物濃度,實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)全端面精準(zhǔn)噴氨,有效控制氨逃逸量,降低空預(yù)器阻塞率。

        4.3 空預(yù)器單側(cè)升溫

        硫酸氫銨氣化溫度約為150~230 ℃,空預(yù)器內(nèi)部構(gòu)件通常為碳鋼,其受熱變形溫度約為420 ℃,而陶瓷換熱元件爆磁溫度大于300 ℃,將排煙溫度升至200~230 ℃不會(huì)對(duì)空預(yù)器內(nèi)部構(gòu)件造成任何影響,故可利用其承受溫差大特點(diǎn)進(jìn)行空預(yù)器單側(cè)升溫,將硫酸氫氨氣化以此緩解空預(yù)器堵塞。

        1.2.2 問(wèn)卷調(diào)查 采用護(hù)士工作滿意度量表(中文版)[2],包含15個(gè)項(xiàng)目的Likert量表,答案分為5個(gè)級(jí)別,即“非常不滿意、不滿意、一般、滿意和非常滿意”,分別按1~5分計(jì)分,得分越高表示滿意度越高。該量表的信度(Cronbach’α系數(shù))為0.88。每次應(yīng)急人力調(diào)配后1周,由護(hù)理部科研成員對(duì)相關(guān)科室護(hù)士講解測(cè)試目的后填寫問(wèn)卷,并當(dāng)場(chǎng)收回。共發(fā)出問(wèn)卷171份,回收問(wèn)卷171份,回收率100%。

        4.4 在線高壓水沖洗

        高壓水射流具有射流集中、剪切力大的特點(diǎn),對(duì)換熱元件金屬表面結(jié)垢具有良好的清潔效果,且高壓水射流速度較蒸汽流速偏小,其對(duì)換熱元件的損壞小于蒸汽損壞程度,因此可在空預(yù)器冷端安裝在線沖洗小車軌道或安裝在線高壓水系統(tǒng),在空預(yù)器堵塞時(shí)機(jī)組運(yùn)行中進(jìn)行高壓水沖洗。

        5 案例分析

        5.1 空預(yù)器堵塞現(xiàn)象

        某2×330 MW燃煤電廠#1爐1A、1B空預(yù)器堵塞,運(yùn)行中空預(yù)器煙氣側(cè)進(jìn)出口壓差明顯升高且波動(dòng)幅度變大,一次風(fēng)側(cè)進(jìn)出口壓差升高,引風(fēng)機(jī)電流增大,空預(yù)器換熱效果下降、排煙溫度上升,期間發(fā)生一次引風(fēng)機(jī)失速。

        5.2 空預(yù)器堵塞處理

        結(jié)合機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行研討分析,確認(rèn)原因?yàn)榱蛩釟浒苯Y(jié)露引起空預(yù)器堵塞,決定實(shí)施在線高壓水沖洗。

        5.2.1 在線沖洗方案

        (1)制作一個(gè)方形軌道、架設(shè)高壓水槍的四輪式?jīng)_洗車和一根拉動(dòng)沖洗車的拉桿,設(shè)備組合體大小需與空預(yù)器冷端人孔門配套。

        (2)把軌道和沖洗車放到支架上,打開(kāi)空預(yù)器本體冷端人孔門,用細(xì)竹竿測(cè)量沖洗水槍安裝高度,隨后安裝支架及沖洗軌道,軌道安裝后要把高壓水槍及拉桿放置在軌道中的沖洗車上,再把軌道尾部固定在空預(yù)器外部鋼梁上。

        (3)軌道架設(shè)完畢后開(kāi)始沖洗時(shí)要從空預(yù)器換熱元件外端逐步向內(nèi)進(jìn)行沖洗,沖洗時(shí)要根據(jù)空預(yù)器轉(zhuǎn)速和高壓水槍的穿透力來(lái)控制沖洗時(shí)間和沖洗車?yán)瓌?dòng)距離,每沖完約0.5 m,調(diào)整一次沖洗時(shí)間。

        (4)沖洗水泵出口壓力設(shè)置為50 MPa,沖洗流量約為40 L/min,水源選用自來(lái)水,防止換熱元件腐蝕。

        5.2.2 注意事項(xiàng)

        (1)為確??疹A(yù)器在線高壓水沖洗不對(duì)機(jī)組產(chǎn)生影響,適當(dāng)進(jìn)行短時(shí)間試驗(yàn),試驗(yàn)完成后開(kāi)始進(jìn)入正式?jīng)_洗。

        (2)沖洗前確認(rèn)排煙溫度≥130 ℃,鍋爐負(fù)荷大于20 MW,空預(yù)器運(yùn)行電流≤10 A,電除塵及脫硫系統(tǒng)參數(shù)運(yùn)行正常。

        (3)在沖洗過(guò)程中,要全程觀察空預(yù)器運(yùn)行電流、阻力變化、排煙溫度、爐膛壓力、引風(fēng)機(jī)電流是否正常,脫硫系統(tǒng)及除塵器運(yùn)行是否正常。

        (4)空預(yù)器電流>10 A、排煙溫度<120 ℃、一二次風(fēng)出口溫度<280 ℃、沖洗側(cè)電除塵入口煙溫<110 ℃、空預(yù)器壓差上漲、除塵器電場(chǎng)運(yùn)行異常甚至退出或?qū)е路蹓m排放指標(biāo)明顯異常上升,立即中止高壓水沖洗。

        (5)當(dāng)沖洗空預(yù)器換熱元件最外側(cè)時(shí),必須全程關(guān)注空預(yù)器電流變化趨勢(shì),防止因空預(yù)器轉(zhuǎn)子與殼體膨脹不均勻而造成空預(yù)器電流大幅波動(dòng),處理不當(dāng)導(dǎo)致機(jī)組非停。

        (6)若在冬季,沖洗結(jié)束后要將泵及管道內(nèi)水排放干凈。

        (7)一般情況下應(yīng)進(jìn)行多次沖洗,即使在觀察到空預(yù)器阻力不再持續(xù)下降時(shí),仍需再?zèng)_洗一到兩次。

        5.2.3 效果確認(rèn)

        通過(guò)高壓水在線沖洗,機(jī)組負(fù)荷300 MW時(shí)各參數(shù)如表2所示,可見(jiàn)空預(yù)器煙氣側(cè)、風(fēng)側(cè)壓差均下降至可控范圍之內(nèi),引風(fēng)機(jī)電流下降明顯,節(jié)能效果顯著,基本消除了引風(fēng)機(jī)喘振、送風(fēng)機(jī)搶風(fēng)等隱患及機(jī)組限負(fù)荷情況,保證了機(jī)組運(yùn)行可靠性。

        表1 空預(yù)器沖洗前后參數(shù)對(duì)比

        6 結(jié) 論

        機(jī)組運(yùn)行中,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都可能造成空預(yù)器堵塞,壓差升高甚至引起風(fēng)機(jī)失速,嚴(yán)重可導(dǎo)致機(jī)組非停,因此日常需采取多種控制措施來(lái)避免空預(yù)器堵堵塞問(wèn)題的發(fā)生,有效降低空預(yù)器堵塞發(fā)生的幾率,確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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