600 MW机组空气预热器堵塞原因分析及治理措施

黄国强，何双江，刘军来

(1.国电龙山发电有限责任公司，河北 邯郸 056400；2.上海锅炉厂有限公司，上海 200245)

某电厂2台600 MW机组自2007年投运以来，空气预热器出现严重的堵灰现象，危及机组的安全运行，降低了锅炉系统运行的效率。考虑到目前乃至今后仍然难以采用原锅炉设计煤种作为主燃料，为提高空气预热器的运行经济性和安全性，对空气预热器进行改造，达到了空气预热器安全、可靠运行和提高锅炉效率的目的。

1 空气预热器堵塞状况

某电厂2台600 MW机组，配置空气预热器为2-32.5VI(T)-2085 SMRC型回转式空气预热器。该空气预热器转子直径为14.236 m，转速为1.05 r/min，受热面高度为2 085 mm，其中热段层高度为1 000 mm、热段中间层高度为730 mm、冷段层高度为305 mm。热段层及热段中间层采用FNC波形的加强型传热元件，冷段层采用NF6波纹板型传热元件，无镀搪瓷。

1号机组于2007年1月投入运行，投运6个月后，发现空气预热器出现正压运行的状况，炉膛负压大幅度波动，不能稳定运行。检修中检查发现热段中间层传热元件积灰严重，外侧4组传热元件盒基本堵死，灰垢颜色发黑有坚硬结瘤现象，用水浸泡后灰垢能够软化。两年以后，由于冷端低温腐蚀严重，冷端传热元件几乎全部报废，机组排烟温度超过设计值30 ℃。

2 堵塞原因分析

2.1 煤质分析及硫酸露点温度计算

机组投产后，由于煤炭市场紧张，锅炉长期选用硫分较高的煤种，远远超出设计煤种。当燃煤硫分含量为0.95%时，烟气的露点温度约为101.8 ℃。当燃煤硫分升高时，直接导致烟气的露点温度升高。经过计算，如果燃煤硫分含量为2.39%左右时，烟气露点温度约为110 ℃。

2.2 传热元件腐蚀区域分析

燃煤燃烧生成大量SO2气体，其中部分SO2气体与烟气中未燃尽的氧气反应转化为SO3，SO3和烟气中水蒸气结合，形成硫酸蒸汽，在经过空气预热器低温段时，当烟气温度低于硫酸露点温度，硫酸蒸汽凝结成腐蚀性液滴，吸附在预热器金属表面上，腐蚀低温段金属。金属表面吸附硫酸液滴后，黏附性大大加强，使烟气中灰分向金属表面沉积速度加快，导致预热器冷端堵灰。

实际煤种在锅炉机组40%负荷工况下长期运行，排烟温度过低，为106 ℃。若煤种含硫量为2.39%左右，根据硫酸露点温度计算结果，烟气侧露点温度为110 ℃，现计算烟气侧转子的温度场，绘出传热元件腐蚀区域示意，见图1。原设计传热元件布置冷段层高度为305 mm，而硫酸腐蚀区域为整个冷段层(305 mm)和中温段层下方的150 mm。

2.3 灰分分析

原设计煤种灰分含量为21.73%，但实际煤种灰分含量平均值为32.41%，最坏时为40%～45%，偏离设计值较大，在硫酸腐蚀区域极易粘附到硫酸液滴上造成积灰。省煤器冷灰斗处没有设置排灰装置，本应排出炉外的积灰随烟气进入空气预热器，加大了烟气中飞灰浓度，恶化了空气预热器的运行环境，导致传热元件积灰更为严重。从飞灰采样的灰样来看，灰样中粗大的灰粒较多，较大的灰粒进入空气预热器传热元件中更容易发生堵塞现象。

图1 空气预热器转子传热元件硫酸腐蚀区域示意

2.4 吹灰情况分析

通过以上分析得知，冷段层和部分热段中间层传热元件受到硫酸腐蚀，最终导致冷段层和热段中间层严重积灰，必须进行吹灰和水冲洗。冷段层内沾污灰分容易吹扫，堵灰不明显，但是由于常规吹灰蒸气在穿过冷段层后，蒸气压力丧失，无法清除留在热段中间层的积灰，导致热段中间层下部堵塞。

吹灰器在夜间机组低负荷时连续运行，导致过多的水蒸气进入低温烟气，使得空气预热器传热元件表面凝结的硫酸浓度下降。硫酸刚开始凝结时浓度为75%以上的浓硫酸，腐蚀性不是很强，但较多水蒸气混入烟气中降低硫酸浓度，当硫酸浓度为25%～60%时，对金属的腐蚀性大大增强，并使传热元件长期处在湿润阶段，吸附更多的积灰，造成堵塞。

2.5 暖风机投运情况分析

最低冷段综合温度通常需满足以下2个条件。

a. 转子冷端综合温度=空气入口温度+烟气出口温度≥138 ℃。

根据计算，实际转子冷端综合温度=22.8 ℃+106 ℃=128.8 ℃，不满足转子冷端综合温度要求。

b. 最低冷端综合温度=(硫酸露点温度-40 ℃)×2=(110 ℃-40 ℃)×2=140 ℃。

根据计算得知，排烟温度过低，电厂应投运暖风机。但是从电厂的实际运行情况来看，仅在冬季使用暖风机，导致一年之中有较长运行时间存在硫酸结露的现象，造成空气预热器腐蚀和堵塞。

3 治理措施

根据该电厂空气预热器堵塞情况分析，以及今后长期无法改变燃煤煤质的情况，决定在保证空气预热器换热效率基本不变的情况下，采取以下措施，以使空气预热器适应现有实际煤种，解决空气预热器堵塞的问题。

3.1 改造传热元件

将冷段传热元件高度增加至硫酸腐蚀区域以外，冷段传热元件高度由305 mm改成600 mm，采用上海锅炉厂有限公司TC-1封闭流道波形的镀搪瓷耐腐蚀材料传热元件，既容易吹扫，又耐腐蚀。热段传热元件保留继续使用，受空气预热器转子高度的限制，中温段传热元件更换为500 mm高的DU3波形传热元件，以确保换热效率。传热元件改造前后对比如表1所示。

表1 传热元件改造前后对比

传热元件参数 原设计改造后热段层传热元件波型FNCFNC传热元件材质SPCCSPCC传热元件高度/mm1 0001 000传热元件厚度/mm0.50.5热段中间层传热元件波型FNCDU3传热元件材质SPCCSPCC传热元件高度/mm730500传热元件厚度/mm0.50.5冷段层传热元件波型NF6TC-1传热元件材质CORTEN搪瓷传热元件高度/mm305600传热元件厚度/mm1.01.2

改造后传热元件腐蚀区域全部发生在冷段层。当硫酸腐蚀区域积灰并造成阻力上升时，需要开启冷端吹灰器进行吹灰，吹灰蒸汽可以吹透具有封闭流道的TC-1波形传热元件。

3.2 合理使用吹灰器

对空气预热器的运行阻力进行监控，当空气预热器阻力超过设计值30%以上时，应尽早使用高压水冲洗，使阻力恢复到最低水平。正常工况下，吹灰器投运以每8 h吹灰一次为宜，不宜连续运行。吹灰蒸汽压力不小于1.4 MPa，温度不小于350 ℃。确保吹灰器疏水效果，避免在吹灰器运行时，蒸汽管道内的疏水进入空气预热器加重堵灰。

3.3 适时投运暖风机

当空气预热器出口烟气温度和进入空气预热器的送风温度之和小于140 ℃时，应立即投运暖风机，不是只在冬季才投运。

3.4 降低飞灰含量

尽量降低煤粉细度，防止锅炉燃烧后产生大颗粒的飞灰加重空气预热器堵灰，并在省煤器冷灰斗处设置排灰装置，可大大降低进入空气预热器烟气中的飞灰含量，预防堵灰。

3.5 其它措施

检查空气预热器的清洗管、消防水管阀门，确认没有水漏入空气预热器。当空气预热器进行水冲洗后，必须低负荷运转送风机和引风机不低于3 h，确保空气预热器完全干燥后再重新投入使用。

4 结束语

通过分析可知硫分含量过高，排烟温度过低是造成空气预热器堵塞的主要原因。在电厂使用实际煤种不变的情况下，通过采取对空气预热器传热元件改造，采用合理的吹灰方式，适时投运暖风机，并对清洗管消防管等辅助设备进行检修等措施后，目前该电厂空气预热器堵塞的问题已解决。