國家能源集團銅陵發(fā)電有限公司 梁 勇

1 引言

隨著全球及國內(nèi)經(jīng)濟、能源和環(huán)保形勢的發(fā)展，綠色發(fā)電，風(fēng)光水清潔能源的裝機容量占比越來越大。燃煤電廠作為保障電網(wǎng)安全的穩(wěn)定電源，燃煤機組的頻繁調(diào)峰對鍋爐系統(tǒng)設(shè)備的可靠性提出了更高的要求。作為燃煤機組重要輔助設(shè)備，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器由于其結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱密度高達(dá)500m2/m3，占用空間小、換熱效率高等優(yōu)勢，在國內(nèi)煤電機組中的應(yīng)用越來越廣泛，其運行效率直接影響著機組的效率。

國家能源集團某電廠組調(diào)峰頻繁、長時間低負(fù)荷運行，煙氣溫度較低導(dǎo)致SCR脫硝系統(tǒng)效率下降，為控制NOx的排放，運行過程中噴入過量的氨氣，煙氣中氨逃逸增加，逃逸的氨和煙氣中SO3反應(yīng)生成的硫酸氫氨在空氣預(yù)熱器中低溫段凝結(jié)，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重。空氣預(yù)熱器的設(shè)計壓差為1.1kPa，空預(yù)器堵塞時的空預(yù)器壓差為3.0kPa，運行漏風(fēng)率為8%，嚴(yán)重影響到鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)壓穩(wěn)定性，鍋爐的安全穩(wěn)定運行存在很大的安全隱患。

2 空氣預(yù)熱器堵灰的原因

一是空氣預(yù)熱器處在電除塵器與省煤器之間，進(jìn)入空氣預(yù)熱器的煙氣未經(jīng)過任何除塵處理，由于容克式空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部蓄熱元件間孔隙率較小的特點，極易發(fā)生大顆?；曳值淖匀焕鄯e，形成堵灰。

二是在燃煤機組脫硝改造之前，煤質(zhì)中硫的燃燒產(chǎn)物是引起空氣預(yù)熱器腐蝕和積灰的主要原因，當(dāng)空氣預(yù)熱器冷端蓄熱元件金屬平均壁溫降到低于酸露點，達(dá)到最大酸凝結(jié)率所對應(yīng)的溫度時，飛灰的沉積率最大。根據(jù)目前國內(nèi)機組的燃用煤質(zhì)，一般認(rèn)為，酸露點溫度在80～120℃，對于燃煤鍋爐，稀硫酸腐蝕和積灰最嚴(yán)重處在距離冷端50～300mm。

三是隨著SCR脫硝系統(tǒng)的投運，在控制煙氣中NOx的排放的同時，燃燒生成的SO2在SCR系統(tǒng)催化劑中的活性成分V2O5的催化作用下生成 SO3，煙氣中SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率增加，即煙氣中的SO3含量增加，加速了NH4HSO4的生成。同時，由于煙氣中NH3和SO3的濃度的增加，造成煙氣酸露點溫度升高。

以上兩種或兩種以上凝結(jié)物質(zhì)的相互促進(jìn)形成了惡性循環(huán)，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的堵塞和低溫腐蝕愈加嚴(yán)重。

逃逸到煙氣的NH3與經(jīng)過脫硝系統(tǒng)后由SO2轉(zhuǎn)換的SO3進(jìn)行反應(yīng)。NH4HSO4在空氣預(yù)熱器中的沉積溫度是150～190℃[1]，處在空氣預(yù)熱器蓄熱元件中溫段，同時液態(tài)的NH4HSO4極易沾染灰分，且很難通過常規(guī)的水沖洗及蒸汽吹灰方式去除，所以導(dǎo)致了空氣預(yù)熱器堵灰速率增加[2]。

四是空氣預(yù)熱器經(jīng)過水沖洗后沒有徹底烘干就投入運行，原先沒有徹底清洗留下的殘留物經(jīng)過煙氣烘干后形成水泥狀的積灰。

運行過程中的諸多因素相互疊加干擾，相互促進(jìn)，導(dǎo)致了目前燃煤機組空氣預(yù)熱器的堵灰問題越來越嚴(yán)重。

3 空氣預(yù)熱器綜合能效提升技術(shù)

3.1 空氣風(fēng)量分切防堵灰技術(shù)

空氣預(yù)熱器分量分切防堵灰技術(shù)是基于空氣預(yù)熱器的堵塞機理，有針對性解決的空預(yù)器堵塞的技術(shù)[3]。

空預(yù)器風(fēng)量分切防堵灰技術(shù)原理如圖1所示，三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向為煙氣側(cè)→一次風(fēng)側(cè)→二次風(fēng)側(cè)，蓄熱元件經(jīng)過一次風(fēng)、二次風(fēng)的換熱后轉(zhuǎn)至煙氣側(cè)時，冷端蓄熱元件溫度處于最低點，通常該點的溫度處在酸結(jié)露溫度區(qū)間內(nèi)（≤120℃），冷端蓄熱元件容易發(fā)生低溫結(jié)露。該技術(shù)就是通過增加一個集中加熱分倉，對每次轉(zhuǎn)進(jìn)循環(huán)分倉的換熱元件進(jìn)行加熱，通過加熱避免稀硫酸的結(jié)露，解決空預(yù)器冷端稀硫酸結(jié)露的問題。

圖1 空預(yù)器風(fēng)量分切防堵灰技術(shù)原理

針對蓄熱元件中溫段的NH4HSO4，采用由風(fēng)機增壓后自循環(huán)的高溫（≥350℃）、高流速的熱介質(zhì)對蓄熱元件表面凝結(jié)的NH4HSO4強制蒸發(fā)。其次，通過高溫、高流速的熱介質(zhì)將NH4HSO4由中溫段吹至高溫段，通過空預(yù)器熱端自身的熱量氣化凝結(jié)的NH4HSO4。

通過在空氣預(yù)熱器中增加分倉的方式，對冷端蓄熱元件進(jìn)行集中加熱，通過提高冷端溫度、強制蒸發(fā)的手段，解決由于稀硫酸及硫酸氫銨引起的空預(yù)器的堵灰。

3.2 柔性接觸式密封技術(shù)

空預(yù)器柔性接觸式密封安裝在空預(yù)器轉(zhuǎn)子徑向隔倉，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動柔性接觸密封頂部的自潤滑合金始終與扇形板密封面形成柔性接觸的狀態(tài)，通過消除漏風(fēng)面積的方式控制空預(yù)器漏風(fēng)率。柔性密封原理如圖2所示。

圖2 柔性密封原理

通過柔性接觸式密封改造可使密封與扇形板之間零間隙，較好地控制漏風(fēng)率。

4 空預(yù)器綜合能效提升技術(shù)的應(yīng)用

4.1 項目概況

該公司2×630MW機組是東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1900/25.4-Ⅱ1鍋爐，額定蒸發(fā)量1900t/h，鍋爐空氣預(yù)熱器采用東方鍋爐廠配套的三分倉空氣預(yù)熱器。分別于2008年7、9月份投產(chǎn)，2016年8月、2017年8月進(jìn)行了超低排放改造。同期對空預(yù)器蓄熱元件進(jìn)行改造，自上而下高度分別由300mm、800mm、300mm改為520mm、800mm和1000mm。冷段換熱元件為零碳鋼鍍搪瓷傳熱元件。

為解決空預(yù)器堵塞、腐蝕、漏風(fēng)問題，經(jīng)過多方調(diào)研，決定采用風(fēng)量分切防堵灰技術(shù)對#1鍋爐空預(yù)器進(jìn)行改造。同時對因蒸汽吹灰損壞的自潤滑合金柔性接觸式密封進(jìn)行修復(fù)、重新調(diào)整間隙，以達(dá)到空預(yù)器防堵、防腐、防漏的目標(biāo)。

本次空預(yù)器的綜合能效改造，主要對空預(yù)器進(jìn)行柔性接觸式密封改造和風(fēng)量分切防堵灰技術(shù)改造，其中防堵灰技術(shù)主要有四分倉改造，增加一個防堵灰分倉，防堵灰工藝系統(tǒng)以及配套的電氣、熱控系統(tǒng)改造[4]。

根據(jù)空預(yù)器轉(zhuǎn)子經(jīng)過煙氣側(cè)、二次風(fēng)側(cè)換熱后由一次風(fēng)側(cè)進(jìn)入煙氣側(cè)的轉(zhuǎn)向，在空預(yù)器一次風(fēng)側(cè)與煙氣側(cè)之間安裝防堵灰分倉，通過對空預(yù)器進(jìn)行扇形板改造來隔離出防堵灰分倉?？疹A(yù)器扇形板改造方案如圖3所示。

圖3 空預(yù)器扇形板改造方案

原煙氣側(cè)與二次風(fēng)之間15°扇形板位置及角度保持不變；拆除原煙氣側(cè)與一次風(fēng)之間15°扇形板，在保持原一次風(fēng)通流面積不變的情況下，增加一塊7.5°扇形板。在煙氣側(cè)方向，將原15°扇形板距此7.5°扇形板7.5°位置新增一塊，占用煙氣側(cè)通流面積15°。中間7.5°位置即為風(fēng)量分切風(fēng)倉。

綜上，每臺空預(yù)器冷、熱端扇形板改造，新增15°和7.5°扇形板各一個，原一次風(fēng)、二次風(fēng)側(cè)通道皆保持不變，煙氣側(cè)通道面積減小15°。

改造后取得了非常好的效果，改造前壓差2.5kPa，改造后1.5kPa計算，煙氣側(cè)壓差下降1kPa，修前8.99%，下降至修后4.26%，漏風(fēng)率下降4.73%。

4.2 項目改造后的經(jīng)濟性分析

空預(yù)器綜合提效改造后，空預(yù)器各項運行參數(shù)均得到了很大的改善和優(yōu)化。機組三大風(fēng)機的運行電耗得到了很大程度的降低，空預(yù)器漏風(fēng)率得到了非常好的控制，改造后空預(yù)器蒸汽吹灰器的投運頻次大大降低，節(jié)省了大量的蒸汽。給機組的運行帶來較大的經(jīng)濟收益，從以下兩方面核算。

一是直接經(jīng)濟效益：（1008.68萬元/年）。六臺風(fēng)機節(jié)電年收益：455萬元。漏風(fēng)率下降：修前8.99%，下降至修后4.26%，漏風(fēng)率下降4.73%，年節(jié)約費用242.93萬元；蒸汽耗量：改造前每天冷熱端各9次，每天蒸汽消耗量為89.64t，改造后冷端每天吹1次，每臺每次1h，每天蒸汽消耗量為9.96t，每天節(jié)省蒸汽為約79.68t，每噸蒸汽約130元。按年運行300天計算，年節(jié)約費用約為310.75萬元。

二是間接經(jīng)濟效益：（64.47萬元/年）。密封配件節(jié)約：按每6年更換一次冷端密封元件時，折算到每年的費用為29.80萬元；空預(yù)器檢修水沖洗節(jié)省的費用：改造前，#1機組每次停爐都要進(jìn)行水沖洗，每年倉內(nèi)沖洗1次，每次8萬元；吊裝清洗1次，每次40萬元；改造后，換熱元件清洗頻率降低至3年一次。平均每年節(jié)約的費用為34.67萬元。其他收益：運行檢修成本降低；設(shè)備安全性能的提高；事故啟停鍋爐期間除去發(fā)電利潤之外所產(chǎn)生的各項相關(guān)費用等。

總的經(jīng)濟收益達(dá)到：1073.15萬元/年，通過這樣的整體分析，空預(yù)器綜合能效提升改造的靜態(tài)投資回收期非常短，在短期內(nèi)就能收回成本[5]。

5 結(jié)語

根據(jù)運行監(jiān)控數(shù)據(jù)，2號鍋爐自防堵灰系統(tǒng)于2021年6月正式投運，自投運以來風(fēng)機利用系數(shù)為0.7，空預(yù)器壓差一直保持穩(wěn)定，未見上升，風(fēng)量分切防堵灰技術(shù)達(dá)到了防堵灰的目的；空預(yù)器分量分切防堵灰技術(shù)能夠有效的解決空氣預(yù)熱器的堵灰問題，通過該技術(shù)進(jìn)行的改造能夠長期保持空氣預(yù)熱器的壓差穩(wěn)定不上升，保證空預(yù)器的穩(wěn)定運行，提高機組運行可靠性；針對靈活性調(diào)峰工況的機組，更應(yīng)該關(guān)注空預(yù)器漏風(fēng)率，尤其是空預(yù)器冷端的漏風(fēng)率。通過柔性接觸式密封改造可以有效的控制機組全負(fù)荷變化過程中空預(yù)器的漏風(fēng)率，提高機組的運行經(jīng)濟性；隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對火電機組的調(diào)峰深度、靈活性運行提出了更高、更嚴(yán)格的調(diào)整，通過對機組進(jìn)行系統(tǒng)性的綜合治理才能有效的保證機組的運行安全性，保障能源供應(yīng)安全。