回转式空气预热器堵塞原因分析及在线解决方法

王天伟,郭雪涛,季广辉,袁立强,李国新,吴昌松,李宗耀

(神华河北国华定州发电有限责任公司,河北 保定 073000)

回转式空气预热器堵塞原因分析及在线解决方法

王天伟,郭雪涛,季广辉,袁立强,李国新,吴昌松,李宗耀

(神华河北国华定州发电有限责任公司,河北 保定 073000)

针对电厂空气预热器普遍存在堵灰现象,分析空气预热器堵塞的原因,以及预防空气预热器堵灰的措施,从可行性分析、试验性应用等方面介绍神华河北国华定州发电有限责任公司在线解决空气预热器堵塞的方法,认为该方法可以使引风机在相同负荷下的耗电量明显降低,降耗效果明显。

空气预热器;堵塞;脱硝;低温腐蚀;在线冲洗

回转式空气预热器(简称“空预器”)的低温腐蚀和堵灰现象是电厂普遍存在的问题。尽管各电厂在锅炉设计、安装和运行中都已充分考虑并采取了防止低温腐蚀和堵灰的措施,但实际运行中仍然存在空预器堵灰问题。随着国家环保要求日益严峻,SCR脱硝工程在全国各大电力企业纷纷登上改造日程,SCR脱硝装置的投入,随之带来的空预器蓄热元件堵塞情况频频发生,特别是机组低负荷期间氨逃逸率的增高和高硫份煤的燃烧,当烟气中的SO3的浓度大于逃逸出NH3浓度时生产熔融的液态硫酸氢氨,导致空预器堵塞周期明显缩短。

1 空预器堵塞原因分析

1.1 空预器积灰

煤中的硫燃烧生成SO2,SO2在催化剂(积灰中的Fe2O3)的作用下进一步氧化生成SO3,其与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽,硫酸蒸汽的存在使烟气的露点显著升高,当燃料中含硫量越高、过剩空气系数越大,烟气中SO3含量越高,露点越高。由于空预器中空气的温度较低,烟气温度不高,壁温常低于烟气露点,这样硫酸蒸汽就会凝结在空预器受热面上,烟气中的灰、沙粒便容易粘在空预器的受热面上形成积灰,进一步发展就会造成空预器堵灰[1]。

1.2 脱硝系统(SCR)对空预器的影响

随着国家环保要求日益严峻,SCR脱硝工程全国各大电力企业纷纷登上改造日程,SCR脱硝装置的投入,随之带来的空预器蓄热元件堵塞情况频频发生,空预器堵塞周期明显缩短,特别是机组低负荷期间氨逃逸率的增高和高硫份煤的燃烧,当烟气中的SO3的浓度大于逃逸出NH3浓度时,即会生产NH4HSO4(ABS):

NH4HSO3是一种高粘性液态物质,其熔点为147℃,而空预器的排烟温度为120～140℃,所以NH4HSO4在空预器低温段呈熔融状态,而液相NH4HSO4具有很强的腐蚀性和粘性,对空预器冷端蓄热元件产生腐蚀的同时,还会吸附烟气中的飞灰粘附在蓄热元件表面,造成空预器堵塞(见图1)。除了空预器流通阻力大幅增加外,积灰中NH4HSO4具有很强的吸潮性,在空预器低温段会吸附大量的水蒸汽和硫酸,在蓄热元件的表面形成酸洗环境,对空预器造成严重的腐蚀,从而形成恶性循环,加剧空预器的堵塞情况。空预器是烟气与一、二次风的换热元件,即烟、风的共同通道,一旦空预器蓄热元件发生堵塞,轻则加大空预器的漏风率,增加引、送、一次风机的电耗;重则堵塞风道,扰动炉膛负压及燃烧工况,威胁机组的安全稳定运行。

图1 空预器冷端蓄热元件钟乳状积灰

1.3 暖风器对空预器堵灰的影响

火电厂燃料燃烧后的烟气流至尾部烟道时,其温度可能会低于露点温度,这便在锅炉尾部受热面和除尘器处形成积灰和腐蚀。积灰和腐蚀严重威胁锅炉的安全、经济和正常运行,目前,预防的有效措施之一是采用暖风器。北方地区冬季投运暖风器,利用抽汽加热提高一、二次风供风温度,避免空预器壁温严重低于烟气露点,导致大量的硫酸蒸汽凝结现象的发生,造成空预器堵灰[2]。

1.4 漏风率对空预器堵灰的影响

空预器漏风是不可避免的,但漏风量可通过对密封间隙的调整使其降低到最低限值。漏风率降低,可使锅炉排烟温度上升,控制硫酸蒸汽在空预器冷端蓄热元件的凝结,减少飞灰吸附,减缓空预器冷端堵灰[3]。

2 预防空预器堵灰措施

a.调节燃烧,降低空气过量系数,减少SO3的生产;燃料供给方面尽量使用硫份更低的煤种。

b.加强锅炉暖风器的维护检查发现问题及时处理,杜绝因暖风器泄漏造成暖风器停运,特别是在寒冷的冬季,要确保暖风器的正常投运,避免空预器壁温严重低于烟气露点,导致大量的硫酸蒸汽凝结现象的发生,造成空预器堵灰[4]。

c.加强、规范空预器吹灰。

d.降低空预器漏风,提高排烟温度。减少空预器积灰,避免堵灰故障的发生,却增加了排烟热损失,降低锅炉的经济性,需要在运行中不断分析、调整、总结经验,以寻求最佳经济运行点。

e.继续优化脱硝系统的运行控制,排放不超标情况下,控制氨逃逸[5]。

f.更换搪瓷蓄热元件,降低积灰在元件表面的附着力,便于吹扫。

3 在线解决空预器堵塞的方法

神华河北国华定州发电有限责任公司3号机组采用上海锅炉厂生产的2300SMRC型三分仓回转容克式空预器,风烟系统附带脱硝装置。空预器转子直径ϕ14 236 mm,换热元件热端厚度1 400 mm,冷端厚度1 000 mm,转子转速0.99 r/min。

2014年3月,发现炉膛负压波动,3号锅炉空预器一次风侧压差值最高4 k Pa,炉膛负压波动频率与空预器转速一致,判断为空预器蓄热元件发生堵塞。为避免停机的经济损失,技术人员着手研究空预器在线冲洗的可行性。

空预器在线冲洗顾名思义,是相对离线冲洗而言,在不停运设备的情况下实施空预器冲洗作业。若在线冲洗实施成功,则不再需要停机进行空预器离线冲洗,具有巨大的经济效益。

3.1 可行性分析

根据附带SCR空预器脱硝装置机组的使用说明进行分析,其配备一套在线高压水清洗装置,只是在使用过程中压力不足,达不到冲洗的要求,所以在线实施水冲洗可行,但需要核实悬轨在线高压水清洗技术实施时,空预器冷端烟气侧开孔对系统的影响。针对这一状况,进行充分调研,论证了悬轨冲洗技术的可行性,实施过程中,开孔对系统基本无影响,排烟温度基本无影响,只是在机组负荷较低的情况下,需要保证排烟温度高于120℃,消除对电除尘的危害。

3.2 试验性应用

3.2.1 考虑的因素

空预器在线冲洗首先要考虑的因素:

a.水量、水压的控制;

b.排污问题;

c.排烟温度对电除尘工作效率的影响;

d.冷水冲洗对蓄热元件材质冷粹及转子变形的影响;

e.高压水枪的支撑和推进问题。

3.2.2 保障措施

为保障项目实施的安全性,相关专业技术人员充分论证了可行性,并制定了保障措施:

a.冲洗时停止锅炉吹灰,以保证较高的排烟温度。

b.退出A侧空预器扇形板自动调整,A侧空预器吹灰暂停。

c.将A、B侧引风机增加出力偏置-3 A,即A侧引风机出力略小于B侧引风机。

d.根据炉膛压力适当增加机组负荷,保持31空预器排烟温度超过120℃。

e.检查空预器电流正常,方可开始进行空预器在线冲洗。

f.A侧空预器电流,出口烟温、出口一、二次风温作为日常监视曲线专人监视,值班员专人监视3号锅炉电除尘进口烟温。如空预器电流大于40 A,空预器排烟温度小于120℃,空预器出口一、二次风温小于230℃;冲洗侧电除尘入口烟温小于115℃,应立即汇报值长停止空预器在线冲洗。

g.灰控值班员应每小时检查锅炉一电场灰斗灰位和就地仓泵装灰情况,发现灰斗灰位上升或仓泵装不到灰及时汇报,防止水滴落入灰斗结块堵塞灰斗。

h.A侧空预器冲洗过程中,加强送、引、一次风机巡检,运行中做好辅机跳闸的事故预想,发生辅机跳闸,应立即通知检修停止空预器冲洗,按照辅机跳闸应急处理预案进行处理。

j.冲洗水压力50 MPa,冲洗水量控制在100 L/min以下。

3.2.3 冲洗作业实施

a.空预器烟气侧冷端壳体开孔200 mm×400 mm。

b.制作冲洗水车及导轨,将导轨利用空预器壳体外部支点,将冲洗轨道悬空推入至空预器内部,安装冲洗水车及高压枪头,并将轨道固定,防止在空预器内部发生倾翻,卡涩空预器转子。

c.使用离线水冲洗使用的高压冲洗车作为水源,最终将水压设置在50 MPa,待冲洗装置安装完成后连接高压水管。

d.轨道架设完毕后,由空预器中心处逐步往外进行冲洗,冲洗时要根据空预器转速和高压水枪的穿透力来控制冲洗时间和冲洗车拉动距离,冲洗时由里向外退每次5 cm,最内侧点停留时间初始为10 min,每外退10次,增加5 min冲洗时间,并观察冲洗后压差变化,逐渐调整各部的冲洗时间。

e.经常检查冲洗水的疏水系统是否畅通。

3.2.4 试验过程及结果

a.A侧空预器单侧冲洗完毕后,一次风侧压差值稳定在0.8 k Pa,较冲洗前有明显改观。

b.冲洗前预想除灰效果明显的情况下,大量的堵灰落下,会导致空预器烟气侧灰斗排灰不畅,需要将空预器下灰斗事先清理。灰斗排污管弯头处加接冲洗水管很好地解决了这一问题,实施冲洗后,大部分堵灰随烟气进入电除尘器被除掉。

c.空预器在接受冲洗过程中,出口烟温会出现较大的波动,这是冲洗水蒸发吸热后形成的低温烟气带不时流经空预转子下方烟温测点时造成的虚假波动,此时应关注空预器一、二次风出口风温及电除尘入口烟温,只要参数波动在允许范围内即可。

d.负荷较低时停止水冲洗,此时烟气流量较低,冲洗水流量恒定,如果继续冲洗可能会导致电除尘烟温下降,降低除尘效果。

e.空预器运行平稳,说明转子未出现过量变形,换热片及表面搪瓷运行中无法检查,待机组停运后检查。

4 结论及分析

a.经过在线冲洗试验得出结论:与空预器离线冲洗一样,在线冲洗可以使引风机在相同负荷下的耗电量明显降低,尤其是在机组负荷较高的情况下,与在线冲洗空预器前比较,单台引风机最大的电流降幅约为10 A左右,降耗效果明显。

b.通过此次试验证明,双侧空预器在线进行高压水冲洗是完全可行的,可以在不影响机组正常负荷的情况下有效的降低空预两侧的差压,延长空预器停机冲洗的周期。

c.高压力的水冲洗对空预器堵灰的现象有缓解的作用。成熔融状态下的NH4HSO4容易冲洗,高压水进入空预器是一个吸热沸腾并剧烈膨胀的过程,能在换热元件间隙产生很大的压力,能有效的疏松堵灰,而吹灰蒸汽只能能吹走较为疏松的浮灰。

d.冲洗试验过后,还发现了一些问题:空预器在线冲洗条件下落灰较多,原有灰斗配置的灰水管无法将积灰顺利排出,大量的积灰可能阻塞出口烟道,需要对原有灰斗进行改造以适应落灰的需要。负荷较低时,空预器烟气出口温度较低,使用水冲洗会进一步降低进入电除尘器的烟温,除尘器灰斗存在更大的堵灰风险。

[1] 王 鑫,陈 城,李富宝,等.SCR脱硝工艺空气预热器堵塞对策分析[J].吉林电力,2012,40(6):.

[2] 卢顺新,戴 荣,杨义军,等.600 MW锅炉空预器积灰堵塞原因分析及防范[J].湖南电力,2012,32(2):

[3] 钟礼金,宋玉宝.锅炉SCR烟气脱硝空气预热器堵塞原因及其解决措施[J].热力发电,2012,41(08):

[4] 王智勇,王树植,王金峰.空气预热器堵塞原因及清洗方法[J].管道技术与设备,2008,(1)

[5] 雷会斌.燃煤机组采用SCR脱硝技术对锅炉空预器的影响[J].能源研究与利用,2012,(6)

本文责任编辑:齐胜涛

Cause Analysis and Online Solving Method on Rotary Air Preheater Blockage

Wang Tianwei,Guo Xuetao,Ji Guanghui,Yuan Liqiang,Li Guoxin,Wu Changsong,Li Zongyao
(1.Shenhua Hebei Guohua Dingzhou Power Co.,Ltd,Baoding 073000,China)

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TM621

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王天伟(1973-),男,工程师,主要从事火力发电厂生产管理工作。