江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司 劉海峰 謝興運(yùn) 黃敏智

江蘇某發(fā)電廠的2×660MW 鍋爐是上海鍋爐廠有限公司設(shè)計(jì)的660MW 超超臨界壓力直流鍋爐。鍋爐單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、Π 型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。爐后尾部布置兩臺轉(zhuǎn)子直徑為16370mm 的三分倉容克式空氣預(yù)熱器?？諝忸A(yù)熱器采用垂直軸三分倉（一次風(fēng)、二次風(fēng)和煙氣側(cè)）布置，是一種以逆流方式運(yùn)行的再生式熱交換器，煙氣自上而下流動，空氣自下而上，通過傳熱片吸收熱量而得到預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)煙氣與空氣的熱交換。

1號機(jī)組在執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度經(jīng)過深度調(diào)峰后，出現(xiàn)了爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓和1B 空預(yù)器差壓波動異常：爐膛負(fù)壓在±500Pa、一次風(fēng)壓在5.6～7.8kPa、1B空預(yù)器差壓在0.6～1.1kPa 范圍內(nèi)波動，對鍋爐的安全運(yùn)行和運(yùn)行控制安全帶來了隱患。火力發(fā)電中加裝脫硫脫硝裝置成為趨勢，但火電廠加裝SCR 脫硝裝置后易出現(xiàn)空氣預(yù)熱器腐蝕和堵灰問題，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓和空預(yù)器差壓波動異常，鍋爐不安全穩(wěn)定系數(shù)增大。因此空預(yù)器在線高壓水沖洗在保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行是很有必要的。

1 空預(yù)器蓄熱元件在線水沖洗方案及沖洗效果

基于其他電廠的脫硝氨逃逸控制、空預(yù)器硫酸氫銨運(yùn)行熱解和在線沖洗施工等方案，在技術(shù)專業(yè)人員多方思考，確定采用空預(yù)器熱態(tài)蓄熱元件在線水沖洗方案。

在空預(yù)器吹灰平臺外一側(cè)搭設(shè)操作平臺腳手架，做一個(gè)12×0.25m 長方形軌道用于架設(shè)高壓水槍的四輪式?jīng)_洗車及拉桿，拉桿長度為8米。把軌道和沖洗車放到操作平臺上，在空預(yù)器煙氣側(cè)冷端殼體傳熱元件下方位置割孔，孔洞在冷端吹灰器左下方1m位置，孔洞尺寸為300×400mm。軌道安裝后，操作人員要把高壓水槍及拉桿固定在軌道中的沖洗車上，再把軌道后方用手導(dǎo)鏈固定到外邊鋼梁上，利用開孔的底部為支點(diǎn)，然后將軌道慢慢推入空預(yù)器本體距離中心筒約0.3米。推軌道的同時(shí)，要用導(dǎo)鏈把軌道拉緊，防止軌道前傾，導(dǎo)致軌道不平衡，軌道到位后，外部用槽鋼將軌道焊接固定在鋼梁上。

軌道架設(shè)完畢后，作業(yè)人員開始清洗時(shí)要從預(yù)熱器換熱元件靠中心處逐步往外進(jìn)行沖洗，高壓水槍噴嘴為垂直往上90度；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控制沖洗時(shí)間和沖洗跑車?yán)瓌泳嚯x，沖洗時(shí)由里往外步退每次5cm，最內(nèi)側(cè)點(diǎn)停留時(shí)間初始為5分鐘，每往外步退15次，增加5分鐘沖洗時(shí)間，并觀察沖洗后壓差變化，適當(dāng)調(diào)整各部的沖洗時(shí)間。沖洗車垂直往上仰洗，把冷端、熱端附著垢質(zhì)進(jìn)行清除、疏通；堵塞的灰垢經(jīng)高壓水穿透水隨煙氣蒸發(fā)，從而使冷端、熱端完全疏通，清除空預(yù)器內(nèi)板間夾雜的垢物，達(dá)到清洗目的，如經(jīng)過一次沖洗未能將空預(yù)器差壓降低至1400Pa 以下，應(yīng)進(jìn)行多次沖洗，待空預(yù)器阻力不再持續(xù)下降時(shí)，停止沖洗。

水源采用#2爐磨煤機(jī)零米雜用水，沖洗時(shí)水流量為40～60L/min（通過高壓柱塞泵擠壓后所產(chǎn)生的熱度為60～70℃，無需再進(jìn)行沖洗水加熱），現(xiàn)場照明電源設(shè)施應(yīng)充足。在線清洗時(shí)，空預(yù)器排煙溫度不低于110℃，低于105℃停止沖洗，沖洗水由高溫?zé)煔庹舭l(fā)，不另外設(shè)置排污系統(tǒng)。沖洗過程安排專人與運(yùn)行聯(lián)系，一旦接到運(yùn)行停止沖洗指令，立即停止沖洗；并在接到運(yùn)行可以恢復(fù)沖洗指令后，方可再進(jìn)行沖洗。

對1號機(jī)組空預(yù)器進(jìn)行在線水沖洗。沖洗過程中，開始階段爐膛負(fù)壓波動幅度較未沖洗時(shí)明顯減小，在線沖洗對降低鍋爐爐膛壓力明顯。隨著1號空預(yù)器在線沖洗時(shí)間的延長，爐膛負(fù)壓波動基本無較大變化，此時(shí)波動基本均恢復(fù)至正常范圍。這主要由于空預(yù)器蓄熱元件上堵塞物在初始沖洗階段較容易沖刷掉，煙氣與一二次風(fēng)流通通暢，爐膛負(fù)壓波動幅度明顯減小。隨著在線沖洗的深入，剩余的蓄熱元件堵塞物量已不多，爐膛壓力波動恢復(fù)正常，無明顯變化。在3月10日前后空預(yù)器壓差波動劇烈，隨著空預(yù)器蓄熱元件在線沖洗，空預(yù)器差壓波動范圍0.6～0.8kPa，較沖洗前波動幅度明顯減小。一次風(fēng)母管壓力變化趨勢如圖1所示，通過一次風(fēng)母管壓力曲線可以看出沖洗效果較為明顯，一次風(fēng)母管壓力波動范圍6.6～7.6kPa，比沖洗前波動幅度減小。

綜上，通過空預(yù)器蓄熱元件在線水沖洗，爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓和空預(yù)器差壓波動異常等問題得到了有效控制，使機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行，保障了各個(gè)設(shè)備的安全穩(wěn)定工作。

2 故障原因分析

2020年年初至今，機(jī)組經(jīng)過多次深度調(diào)峰，對機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了深遠(yuǎn)影響。在深度調(diào)峰期間，機(jī)組負(fù)荷保持在40%左右，其中煙速比平常運(yùn)行時(shí)偏低，比較容易讓煙氣灰塵在空預(yù)器蓄熱元件上沉積，蓄熱元件積灰板結(jié)，使之空預(yù)器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預(yù)器進(jìn)出口的壓差波動增大，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率增大的風(fēng)險(xiǎn)急劇增加。

漏風(fēng)率[1]的大小對鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有很大影響?？疹A(yù)器的漏風(fēng)使得空氣直接進(jìn)入煙道有引增風(fēng)機(jī)抽走，使得送、引、一次風(fēng)機(jī)耗電量增大。同時(shí)，漏風(fēng)使得煙氣排煙過剩，空氣系數(shù)增大，進(jìn)一步增加排煙熱損失，使得鍋爐熱效率降低。若漏風(fēng)嚴(yán)重，會使送入爐膛的風(fēng)量不足，導(dǎo)致鍋爐的機(jī)械未完全燃燒熱損失和化學(xué)未完全燃燒熱損失增加，另外，由于供氧不足還會形成還原性氣氛，使灰渣熔點(diǎn)下降，引起爐膛結(jié)渣及高溫腐蝕，甚至限制鍋爐出力。

高硫煤是指含硫量大于3%的煤。含硫量小于1%的是低硫煤，含硫量1～3%的為中硫煤。摻燒的煤含硫率較高加上頻繁的深度調(diào)峰，煙氣中的硫分含量增多，導(dǎo)致SCR 里的催化劑再生后的性能異常下降。鍋爐爐膛煙氣的氮氧化合物參與的化學(xué)反應(yīng)，主要化學(xué)反應(yīng)式為：6NO+4NH3=5N2+6H2O、8NH3+6NO2=7N2+12H2O。

深度調(diào)峰負(fù)荷低，煙氣溫度偏低，氨與氮氧化合物的反應(yīng)不完全，煙氣中單位氮氧化合物含量易超出環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。為了使氮氧化合物反應(yīng)完全，電廠一般設(shè)置使噴氨量超出反應(yīng)的量，且由于煙溫低，造成一定量的氨逃逸。這樣硫化物和氨隨煙氣進(jìn)入空預(yù)器，在蓄熱元件上進(jìn)行反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)式為：2NH3+SO2+H2O=(NH4)2SO3+NH3·2H2O、(NH4)2SO3+NH3·2H2O=(NH4)HSO4+H2O、SO3+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+H2O。

硫酸氫銨和亞硫酸銨等易溶于水，對鋼鐵等物質(zhì)有強(qiáng)烈的腐蝕性，這對空預(yù)器設(shè)備的安全及壽命有著很大的影響。二次熱風(fēng)再循環(huán)提供的冷風(fēng)溫度低，空預(yù)器冷端綜合溫度低，這也為氨與硫化物反應(yīng)生成硫酸氫銨和亞硫酸銨創(chuàng)造了條件?？疹A(yù)器進(jìn)口溫度在320℃左右，出口溫度在120℃。楊建國研究發(fā)現(xiàn)[2]，硫酸氫銨的開始生成溫度為230～270℃，峰值溫度為180～240℃，硫酸銨開始生成溫度及峰值溫度總體上比硫酸氫銨低40℃左右。

硫酸氫銨的生成率明顯高于硫酸銨，根據(jù)NH3和SO3濃度與物質(zhì)的量比不同，煙溫到120℃時(shí)，硫酸氫銨的生成率為64%～90%，硫酸銨的生成率為6%～15%，硫酸氫銨的生成率為硫酸銨的6～10倍。反應(yīng)物濃度的增加會促進(jìn)硫酸氫銨和硫酸銨的生成，且SO3較NH3更有利于硫酸氫銨的生成。硫酸氫銨和硫酸銨生成份額隨溫度的變化呈單峰狀，且隨著反應(yīng)物濃度的增加，其峰值所在的溫度區(qū)間逐漸升高，這造成空預(yù)器蓄熱元件易硫酸氫銨沉積。由于空預(yù)器較長時(shí)間的運(yùn)行造成蓄熱元件局部受損粗糙度增加，這些影響也使得蓄熱元件積灰板結(jié)，使之空預(yù)器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預(yù)器進(jìn)出口的壓差波動增大。

由于煙氣灰塵沉積、硫酸氫銨和亞硫酸銨的生成及分布不均勻、空預(yù)器較長時(shí)間的運(yùn)行造成蓄熱元件局部受損粗糙度增加，導(dǎo)致蓄熱元件積灰板結(jié)，板面增厚，空預(yù)器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預(yù)器進(jìn)出口的壓差波動增大?？疹A(yù)器進(jìn)出口壓差波動增大，增大了空預(yù)器的漏風(fēng)率，空氣側(cè)的一部分一二次風(fēng)進(jìn)入煙氣側(cè)。單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入爐膛的二次風(fēng)和流經(jīng)一次風(fēng)母管的空氣量減少，造成爐膛和一次風(fēng)母管壓力劇烈波動。

綜上，空預(yù)器蓄熱元件在線水沖洗效果明顯，爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓和空預(yù)器差壓波動異常等問題得到了有效控制，使機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行，保障了各個(gè)設(shè)備的安全穩(wěn)定工作。通過研究分析得到，深度調(diào)峰負(fù)荷低、噴氨不均、催化劑再生后的性能異常下降、燃煤硫分增加、蓄熱元件局部受損粗糙度增加、二次熱風(fēng)再循環(huán)提供的冷風(fēng)溫度低是造成此次故障的主要原因。