摘要:當(dāng)前燃煤發(fā)電作為我國最主要的發(fā)電形式,面臨節(jié)能減排要求的日漸提升,鍋爐空預(yù)器的出口煙溫也越來越低,僅略高于酸露點(diǎn)的溫度。堵灰、漏風(fēng)嚴(yán)重時則必須采取停爐的措施,嚴(yán)重影響了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。對于內(nèi)蒙古西部的發(fā)電鍋爐,在冬季的情況下,空氣預(yù)熱器由于入口處空氣初始溫度偏低,低溫腐蝕積灰、漏風(fēng)的問題也更加嚴(yán)重??諝忸A(yù)熱器堵灰、漏風(fēng)會影響機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行,降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性,因此,解決空氣預(yù)熱器的積灰、堵灰、漏風(fēng)問題對于保障機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行有重要的意義。鑒于此,文章結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn),對循環(huán)流化床鍋爐空預(yù)器堵灰、漏風(fēng)原因及治理提出了一些建議,僅供參考。
關(guān)鍵詞:循環(huán)流化床鍋爐空預(yù)器;堵塞、漏風(fēng)原因;預(yù)防措施
1引言
準(zhǔn)能矸電公司二期2X330MW機(jī)組的采用的是東方鍋爐廠自主研發(fā)設(shè)計的亞臨界循環(huán)流化床(CFB)鍋爐,型號是DG-1177.17.4-Ⅱ,采用臥式光管空氣預(yù)熱器,于2011年9月30日并網(wǎng)發(fā)電。
我廠空預(yù)器設(shè)備的積灰腐蝕漏風(fēng)現(xiàn)象經(jīng)過長期治理已得到了較大改善,然而空預(yù)器的腐蝕與堵灰是不可避免的,通過對我廠空預(yù)器長期觀察和分析,空預(yù)器堵塞和漏風(fēng)的主要原因大概分為以下幾種。
1.1 空預(yù)器堵塞原因分析:空預(yù)器的低溫腐蝕和硫酸氫銨沉積現(xiàn)象是火電廠普遍存在的問題,盡管各個電廠在鍋爐設(shè)計、安裝和運(yùn)行中都已充分考慮并采取了防止低溫腐蝕和脫硝空預(yù)器的對應(yīng)措施,但實(shí)際運(yùn)行中仍然由于種種原因不能杜絕空預(yù)器堵塞問題,空預(yù)器的堵塞是一個多因素影響的過程。
1.1.1 由于空氣預(yù)熱器在煙道中的位置在除塵器上游,煙氣在流經(jīng)空預(yù)器之前沒有進(jìn)過任何脫灰處理,煙中的含灰量較高,而空預(yù)器管的間隙非常窄,煙氣在流經(jīng)空預(yù)器時自然形成積灰。
1.1.2 煙氣偏流也會造成管箱積灰,若流場均勻性較差,出現(xiàn)偏流現(xiàn)象,流速降低處容易大量積灰,一旦發(fā)生堵灰現(xiàn)象就會惡性循環(huán)直至完全堵死。
1.1.3 當(dāng)空預(yù)器上游加入SCR脫硝設(shè)備之后,由于SCR中氨的量難以控制,造成一部分氨氣的逃逸,可以與煙氣中的SO2和水蒸氣反應(yīng)生成NH4HSO4,在空預(yù)器內(nèi)凝結(jié)粘附灰分。目前燃煤電廠一般會利用煙氣脫硝技術(shù)來處理煙氣,這其中以選擇性催化還原法為主,即SCR。而且通過在火電廠中加裝SCR裝置還能夠?qū)崿F(xiàn)對廢氣的有效凈化,但在實(shí)際燃煤電廠煙氣脫硝過程中易產(chǎn)生空氣預(yù)熱器堵塞問題,這種情況發(fā)生多是由于局部噴氨過量造成大量氨氣逃逸,由此而造成空氣預(yù)熱器的冷段部分硫酸氫胺結(jié)晶出現(xiàn)堵塞,影響空預(yù)器的運(yùn)行效果。對于空預(yù)器而言,積灰和結(jié)露腐蝕往往是伴隨發(fā)生的,兩者相互促進(jìn)。空預(yù)器積灰之后更容易吸附煙氣中的硫酸蒸汽和NH4HSO4,加劇腐蝕;而結(jié)露腐蝕產(chǎn)生的粘性鹽加重了積灰,形成惡性循環(huán),最終導(dǎo)致空預(yù)器管間隙逐漸縮小直至完全堵死,我廠停爐檢查發(fā)現(xiàn)積灰呈黃綠色,為析出的酸性液體與煙氣中的飛灰混合產(chǎn)物,是嚴(yán)重的硫化現(xiàn)象。
1.2 空預(yù)器漏風(fēng)原因分析
1.2.1 煙氣對管子路口處焊點(diǎn)的沖刷。由于煙氣中含有大量的灰塵顆粒,當(dāng)煙氣進(jìn)入預(yù)熱器管束時,便會對管子入口處造成磨損,鍋爐運(yùn)行時間久了,管束入口處的焊點(diǎn)就會被磨掉,這樣未經(jīng)參與燃燒的空氣便從管束與管板的縫隙直接進(jìn)入煙道隨煙氣排走。
1.2.2 煙氣對預(yù)熱器管壁的沖刷。當(dāng)煙氣從一個非常大的空間進(jìn)入預(yù)熱器管時,由于煙氣流動的空間突然變小,會增大煙氣流速,與煙氣中夾帶的灰塵和未燃盡的煤粒會加大對管子內(nèi)壁的磨損,長期以來,就有可能將管子磨破,使空氣漏入煙氣中,這又是造成預(yù)熱器漏風(fēng)的一個主要原因。
1.2.3 空氣預(yù)熱器管箱之間密封不嚴(yán),多根鋼管斷裂,或風(fēng)道振動太大引起空預(yù)器內(nèi)鋼管焊口開裂,冷風(fēng)漏到煙氣側(cè),致使管箱內(nèi)局部產(chǎn)生微正壓,煙氣流通性降低,飛灰顆粒浮積在管箱內(nèi)。
1.2.4 低溫腐蝕對管壁的影響。因?yàn)槊涸谌紵^程中會產(chǎn)生二氧化硫和三氧化硫氣體,雖然有爐內(nèi)脫硫設(shè)施,但不可能100%脫除。煙氣中的水蒸氣遇到三氧化硫便會產(chǎn)生酸煙霧,酸煙霧遇到溫度較低的預(yù)熱器管管壁時便會凝結(jié)成酸溶液,從而形成對預(yù)熱器管壁的腐蝕。
2空預(yù)器漏風(fēng)、堵塞帶來的問題:
(1)空預(yù)器運(yùn)行阻力增加,使送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的耗電量增加,影響機(jī)組帶負(fù)荷能力,嚴(yán)重時將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失速;
(2)空預(yù)器冷端結(jié)垢后,換熱能力降低,煙氣不能正常通過,造成排煙溫度升高,影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;
(3)對于空氣預(yù)熱器,腐蝕和積灰往往是伴隨產(chǎn)生的,當(dāng)空預(yù)器發(fā)生積灰時,更容易吸附煙氣中的硫酸蒸汽和NH4HSO4,積灰也為腐蝕提供了一個“溫床”,從而加重腐蝕,影響蓄熱元件的使用壽命。
(4)吹灰器使用頻繁,造成冷端和密封件吹損嚴(yán)重。
(5)堵塞造成腐蝕,腐蝕的結(jié)果會造成空氣預(yù)熱器管子泄漏損壞,造成嚴(yán)重漏風(fēng),引起燃燒工況惡化。嚴(yán)重時不得不經(jīng)常更換受熱面,既增加了維修工作量和材料損耗,又影響了鍋爐的正常運(yùn)行,冷空氣進(jìn)入煙氣側(cè),還會降低煙溫,加速低溫腐蝕及堵灰的速度,從而影響鍋爐安全運(yùn)行。
(6)空預(yù)器漏風(fēng)最直接的影響就是風(fēng)機(jī)電耗增大,廠用電率升高,影響機(jī)組的帶負(fù)荷能力,高負(fù)荷時,漏風(fēng)可能導(dǎo)致三大風(fēng)機(jī)出力不足,被迫降低負(fù)荷運(yùn)行,加劇低溫腐蝕,導(dǎo)致一二次風(fēng)量增加,排煙溫度降低,。低負(fù)荷時,空預(yù)器冷段溫度可能接近煙氣的露點(diǎn)溫度,加劇空預(yù)器冷段的低溫腐蝕,惡性循環(huán)。
3綜合治理方案
3.1安裝暖風(fēng)器
鍋爐暖風(fēng)器是利用汽輪機(jī)低壓抽汽加熱空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣的熱交換器,一般安裝于風(fēng)機(jī)出口與空氣預(yù)熱器入口之間,故又稱前置式空氣預(yù)熱器。加裝暖風(fēng)器,使進(jìn)入空氣預(yù)熱器的空氣溫度升高,空氣預(yù)熱器壁溫升高,從而可防止低溫腐蝕。
由于暖風(fēng)器加熱原理為利用熱蒸汽加熱冷空氣,運(yùn)行中有一些不足:
1)由于安裝在風(fēng)道中,增加了風(fēng)道的阻力,提高了一二次風(fēng)機(jī)的耗電量。此問題可考慮旋轉(zhuǎn)暖風(fēng)器(或抽屜式),夏季工況時減少換熱面積,降低風(fēng)道阻力。
2)暖風(fēng)器的加熱源為熱蒸汽,損失了一部分熱蒸汽的熱能,與此同時,暖風(fēng)機(jī)的加入對排煙溫度影響較大,降低了整個機(jī)組的運(yùn)行效率。在空預(yù)器后加裝低溫省煤器吸收此部分熱量,可適當(dāng)回收部分損失。
3)暖風(fēng)器容易發(fā)生漏泄,如果暖風(fēng)機(jī)泄漏的汽、水帶入預(yù)熱器之后,加速腐蝕和堵灰。針對本體泄漏,可從設(shè)計、施工、運(yùn)行等多方面進(jìn)行風(fēng)險規(guī)避。
3.2風(fēng)量分切
在空預(yù)器本體上隔出一個循環(huán)風(fēng)分倉,并安裝循環(huán)風(fēng)道,利用循環(huán)風(fēng)機(jī)帶動風(fēng)道內(nèi)的空氣循環(huán),空氣在循環(huán)風(fēng)道中不斷循環(huán),循環(huán)風(fēng)在空預(yù)器熱端吸熱,生成300℃左右的熱風(fēng),熱風(fēng)從下端進(jìn)入空預(yù)器冷端,對冷端進(jìn)行加熱,放出熱量,每循環(huán)一次完成一次吸放熱,相當(dāng)于利用空預(yù)器熱端熱量加熱冷端。
3.3在線水沖洗
在線水沖洗對機(jī)組穩(wěn)定影響很大,必須注意每次在線水沖洗只能單側(cè)沖洗,禁止兩側(cè)空預(yù)器一起在線沖洗,以避免發(fā)生機(jī)組非停事故,整個沖洗過程必須保持機(jī)組負(fù)荷在百分之九十以上,以便煙氣具有足夠的熱量和流速來氣化并帶走空預(yù)器的高壓沖洗水,運(yùn)行人員必須對空預(yù)器電流煙道的參數(shù)和引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)異常立即停止沖洗。
3.4降低空預(yù)器的積灰腐蝕的有效預(yù)防措施
降低空預(yù)器的積灰腐蝕需要減少NH4HSO4的生成,即減少煙氣中SO2含量以及NH3的逃逸量。煙氣中的SO2包括來自入煤中的硫在爐膛通過高溫燃燒反應(yīng)及SCR催化劑的催化作用下生成的SO2,煙氣中還存在部分SO2,煙氣中的SO2經(jīng)過SCR裝置時,會生成SO2,使得SO2的總體積分?jǐn)?shù)升高可高達(dá)10-4以上,易導(dǎo)致催化劑中毒。目前,降低煙氣中SO2含量的方法主要是采用堿性吸收劑。該方法是通過向爐膛內(nèi)或煙氣中噴入不同的化學(xué)物質(zhì)與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而達(dá)到脫除SO2的目的。常用的化學(xué)物質(zhì)包括:堿性氧化物(氧化鎂、氧化鈣、堿如氨、氫氧化鈣、氫氧化鎂等),帶堿性的鹽類物質(zhì)(碳酸鈉或者天然堿),SO2的脫除效率能夠達(dá)到90%以上。這種使用吸收劑的方法能夠有效地降低煙氣中的SO2的含量。煙氣中氨的來源主要是逃逸的氨,可以從改造空預(yù)器本體以及控制脫硝系統(tǒng)氨逃逸2方面考慮,采取措施減少生成硫酸氫氨的危害。其中對空預(yù)器的改造主要包括:1)為了避免空預(yù)器中溫段下部至冷段間的溫度在NH4HSO4熔點(diǎn)溫度范圍內(nèi),可將空預(yù)器傳熱元件設(shè)為二段布置,或者三段布置(熱端加防磨層),從而能夠避免NH4HSO4的沉積區(qū)域分段導(dǎo)致的局部嚴(yán)重堵灰現(xiàn)象發(fā)生。2)為了便于清除空預(yù)器堵灰,可采用大通道的波紋板作為空預(yù)器的冷段材質(zhì)。該方法能夠增大煙氣的流通截面,使NH4HSO4及其他灰塵雜質(zhì)等不易粘附于表面。3)搪瓷材質(zhì)表面較為光滑,不易黏附雜物,且易于清理,因此可采用在表面鍍搪瓷的方法增強(qiáng)換熱元件的抗黏附能力。4)空預(yù)器增設(shè)吹灰設(shè)備。采用過熱蒸汽為介質(zhì),清除受熱面的積灰。吹灰設(shè)備主要有蒸汽吹灰器、激波吹灰器和聲波吹灰器。通常情況NH4HSO4露點(diǎn)為147℃,當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到此溫度時,NH4HSO4以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散在煙氣中,NH4HSO4、是一種黏性很強(qiáng)的物質(zhì),極易黏附在物體上難以去除,而且有較強(qiáng)的吸潮性,當(dāng)溫度繼續(xù)升高至250℃以上,NH4HSO4、由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。我廠實(shí)際運(yùn)行中鍋爐空預(yù)器冷端排煙溫度在110一150℃,所以NH4HSO4會隨著煙氣溫度的降低在空預(yù)器冷端區(qū)域不斷沉積,造成空預(yù)器差壓不斷上升。
3.5溫升法處理方法
溫升法處理空預(yù)器堵塞的原理是通過提高空預(yù)器冷端的排煙溫度到180一200℃,對運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整,提升空預(yù)器冷端的排煙溫度到180~200℃,將NH4HSO4、由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或氣態(tài)。通過溫升法處理將NH4HSO4氣化來緩解空預(yù)器堵塞情況,從而降低空預(yù)器的差壓。此方法僅需對空預(yù)器排煙溫度進(jìn)行調(diào)整控制,只要能采取有效措施保證附屬系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行安全即可,處理過程相對安全可靠,同時能夠徹底清除空預(yù)器冷端區(qū)域NH4HSO4沉積,解決空預(yù)器差壓上升問題。
3.6定期監(jiān)測法
定期對運(yùn)行中的空氣預(yù)熱器參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,通過儀器監(jiān)測氧量變化算出空預(yù)器的漏風(fēng)率,前后對比漏風(fēng)率,對實(shí)際運(yùn)行和停爐檢查檢修也將有很大幫助。
4停爐空預(yù)器堵塞、漏風(fēng)的治理方案
4.1空預(yù)器漏風(fēng)處理
采用啟動引風(fēng)機(jī)負(fù)壓查漏法對管子進(jìn)行撿漏,對發(fā)現(xiàn)泄漏的管子進(jìn)行兩頭封堵。采用的方法為:對管子兩頭各封堵30cm的填充物,即先用硅酸鋁復(fù)合保溫材料對管子塞緊,然后用耐火可塑料封堵即可,或者加工空預(yù)器專用堵頭對兩端進(jìn)行封堵。還可以對漏風(fēng)管段進(jìn)行加裝套管、補(bǔ)焊管口與管板處沙眼處或者更換新管處理。
4.2空預(yù)器堵塞的處理
管束經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)堵塞,不能用管道疏通機(jī)或硬質(zhì)鋼筋強(qiáng)行疏通,這樣易損壞管壁造成永久傷害。比較好的方式是用高壓水槍離線水清理,沖洗時做好污水的引流與排放工作,既要防止排水不暢導(dǎo)致的空預(yù)器煙道內(nèi)積水,也要防止沖洗污水未可靠收集處理而導(dǎo)致的環(huán)境污染,沖洗后要投入暖風(fēng)器對空預(yù)器運(yùn)行做好烘干工作,防止受熱面再次積灰、積塊或銹蝕,管束疏通開后,還需對管子進(jìn)行撿漏。對空氣預(yù)熱器堵塞進(jìn)行處理后,同負(fù)荷情況下,一次風(fēng)機(jī),引風(fēng)機(jī)電流都有所下降,一次風(fēng)量得到了提高,鍋爐帶負(fù)荷能力增強(qiáng),鍋爐效率得到了提高。當(dāng)空預(yù)器管束堵塞超1/3時,則應(yīng)考慮更換空預(yù)器,此時由于管束封堵較多,就很難滿足燃燒對風(fēng)量的要求了。
5結(jié)束語
節(jié)能、降耗、減排成為當(dāng)前社會的主題,如何解決充分利用設(shè)備的特性、提高能源利用效率是發(fā)展的主要方向。在這樣的情況下,研究如何保證和提高空預(yù)器充分利用熱能,減少熱損失,保障其運(yùn)行效率,是提高鍋爐效率的主要手段。通過對管式空氣預(yù)熱器堵塞、漏風(fēng)原因的查找及處理,使我們對空氣預(yù)熱器的重要性有了更深的認(rèn)識。在今后的工作中,需要繼續(xù)進(jìn)行總結(jié)經(jīng)驗(yàn),更有效地做好工作。
【參考文獻(xiàn)】
[1]白世雄,李曙軍,袁東輝,韓元,楊光,朱愉潔.循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器堵塞分析[J].環(huán)境與發(fā)展,2018,30(12):87-88.
[3]宋舉星,王龍林,紀(jì)明軍.300MW等級循環(huán)流化床機(jī)組暖風(fēng)器設(shè)計選型探討[J].建材與裝飾,2017(45):192-193.
[4]張建忠.循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器防低溫腐蝕和冷渣器凝結(jié)水余熱綜合利用[J].山西電力,2017(02):66-69.
[5]劉琦,徐鋼,董偉,鄭磊,楊志平,劉文毅,陳晨.300MW循環(huán)流化床鍋爐空氣預(yù)熱器熱風(fēng)再循環(huán)研究[J].電站系統(tǒng)工程,2017,33(01):24-28.
作者簡介:薛磊(1986.10 -),男,內(nèi)蒙古呼和浩特市清水河縣喇嘛灣鎮(zhèn),本科,助理工程師,研究方向:電站鍋爐尾部受熱面檢修和焊接