电厂锅炉空预器堵塞原因分析及对策探究

2021-01-28

探索科学(学术版) 2020年7期

大唐吉木萨尔五彩湾北一发电有限公司新疆昌吉州 831100

1 引言

在电厂中锅炉的空气预热器由于使用环境的影响,很容易出现堵塞和腐蚀的问题。尤其是堵塞的问题,由于电厂烧煤,过程中会产生大量的粉尘,很难避免问题的发生。为了保证锅炉设备高效率和安全稳定的运行,必须要采取根本性的措施来解决空预器的堵塞。

2 空预器工作原理

煤在燃烧过程中会产生大量的热,经过烟道时会被吸收,并经过各种传热元件将热量传递到冷空气中。内部的转子在经过一圈的旋转可以实现热交换,往复多次形成循环。空预器的外壳和烟道由于被固定,无法实现和转子一起旋转。为了便于旋转,内部转子的钢板被分成了很多扇形通道,并且为了便于转子周围的外壳能与连接端进行相连,在内部装了很多表面具有波纹形状的薄板,主要起到储蓄能量的作用。同时,为了更好地提高热能的传递效率,需要对转子进行密封。通过分割体将空间分成3各部分,分别于风道、烟道和二次风道进行相连。当烟气通过时,内部各种传热元器件就会将烟气中大量的热量进行吸收。而当空气流通过时,这些元器件就会将储存的能量释放出来,从而实现热能的传递。

3 某电厂空预器堵塞情况简述

以某电厂机组为例,该机组总共配置了3个空预器。在额定负载下,空预器压差设计值为1.2kPa。设备运行时,出现过机组的空预器储热元器件被堵塞的情况。并且伴随着使用时间的增长,空预器的压差值就会越来越大,最高可达到2.5kPa,是设计值的2倍以上。伴随着差压值越来越大,排烟的温度就会越来越高,从而使得空预器出口处的一次风和二次温度不断下降,造成风机运行时的功耗越来越高。从而使得设备运行时的安全性和稳定性被破坏,并且由于能耗的过高,与我国的可持续发展战略背道而驰。

通过对堵塞的空预器进行拆解开后观察,发现在中间的储热元器件和冷端已经被一层厚的污垢给堵住了。在冷端周围的污垢主要是粉煤灰的沉积物,采用钢丝刷或者清水就比较容易清除,而在储热元器件上则主要是以结垢的形式存在,污垢已经粘附在元器件表面,不容易清除。

4 空预器存在的问题分析

由于火电厂的工作环境,会给空预器的工作带来各种负面影响。结合当前我国火电厂实际运行中空预器出现的问题,以及本案例中该火电厂出现的各类问题,空预器主要有以下一些问题存在:

①积灰严重。由于灰尘覆盖在空预器的元器件表面,降低了出口处的一次风和二次温度,使得空预器的阻力不断加大。设备在运行时由于入口和出口处的差压增大,功耗也会上升,不仅经济面有影响,还会加重设备运行的负载。长时间这种工况下会导致设备一直处于高功耗的运行,不利于设备的稳定性;

②空预器出现漏风。由于在空预器的入口处有漏风产生,使得周围其它的空气直接从漏风处进入空预器,这些空气没有被干燥,空气中的水分也没有被清除,从而使得空预器内部的湿度上升。由于水分的存在,加速了空预器的腐蚀,并且,积灰遇到水分变潮湿后,更容易粘附在元器件表面形成堵塞,造成差压的上升;

③烟道内通过阻力上升。从炉中排出来的灰层与烟道气一起流入空预器,进一步使得烟道中的飞灰浓度上升,加剧了空预器的工作环境恶化。并且这些灰尘会粘附在换热元器件的表面;

④板结问题突出。对当前存在的空预器差压值增加的原因进行分析发现,空预器的飞灰形成板结是主要的原因。尤其是在具有脱硝装置的机组中,由于硫酸氰胺的存在,板结的现象更为普遍。

综上所述,空预器中存在的这些问题,已经严重影响到其运行的稳定性和安全性。必须要针对这些问题产生的原因进行深度分析,并采取有效措施解决,在空预器运行中预防类似问题的发生。

5 空预器堵塞的原因分析

通过对空预器当前存在的问题进行分析,我们人为有以下几点因素造成:

第一,蒸汽的喷射压力值过低

由于空预器中的蒸汽吹灰器的压力很难通过压力差的控制来实现,因此,无论内部有无压差存在,都很难通过压力的调整去控制蒸汽吹灰器来将空预器冷端上的灰尘去除。该问题的本质原因是蒸汽吹灰器的压力值难以达到正常工作范围。以功率为700MW的机组为例,空预器中蒸汽吹灰器的压力值大约只有0.65-0.7MPa。经过事实证明,这样的压力很难将灰尘去除,从而无法对空预器进行有效的疏通;

第二,风机的进气口处温度过低

由于设计的影响,风机进气口处的温度会比较低,这就造成了空预器的冷端温度过低。当外部的环境温度较低时,比如冬季或者夜晚的机组运行。为了避免这种问题,目前较为常见的是在风机的进口处增加热空气循环系统,以此提高进入空气的温度。不过这种操作效果并不明显。一次热循环大约可以提高温度9°,离空预器冷端的使用温度要求相差海比较大,这就可能需要多次进行加热循环,加大了机组的功率上升,能耗增加;

第三,排烟温度上升过高

通道中排烟的温度过高,将会直接给锅炉的安全性带来挑战。如果烟气中还会有三氧化硫物,将会提高烟气道的冷凝温度。另外,由于硫化物具有腐蚀性,在空预器中遇到低温会发生冷凝粘附在加热元件的表面,造成表面腐蚀加剧,并形成积灰。随着积灰越来越多,渐渐形成污垢后,就容易造成堵塞,引起空预器内的差压不断加大;

第四,预热器的表面温度偏低

在空预器内有很多元器件都是金属材料,当烟道气体经过时,由于金属材料的表面温度很低,会将温度传递给通道内的烟气。并且该温度要比露点温度低,这样就很容易加剧金属表面的腐蚀产生。它带来的后果就是使得堵塞更加严重;

第五,燃烧所用煤的质量较低

从前文阐述可知,堵塞的一个很重要因素就是积尘,这与煤炭中的各种成分以及燃烧后的形成物有直接的关系。比如,煤中硫的含量如果超过的0.2%,我们称之为高硫煤。硫的含量越高,其露点温度也就越高,进而加剧腐蚀的产生。煤如果燃烧不充分,就会有部分煤的细小颗粒随着烟气进入通道,粘附在空预器上,造成堵塞。此外,煤的载值含量过高,这些杂质不能充分被燃烧,也会造成类似的问题。

6 预防空预器堵塞的对策及其效果分析

综上所述各类原因,均会带来空预器的堵塞问题。为了确保电厂的机组运行能够平稳进行,而且尽可能地降低损耗,我们需要采取各种针对性预防措施来避免空预器的堵塞问题。

第一,对电厂燃烧所用煤的质量加强管理

由于煤的燃烧所带来的粉尘和硫化物问题会直接引起空预器的堵塞,那么就要从源头控制燃煤的质量,优化煤的管理。该项措施主要是考虑了煤的总热值和硫含量,在增加热值的同时,尽可能地减少煤中硫的含量。一般来说,当负荷较高时,对准煤的消耗会比较大,与低负荷的煤混合后尾煤量也会比较大。所以,需要适当地对低负荷低硫煤的掺混量进行提高;

第二,尽可能减少空预器的运行异常发生

空预器在运行过程中,要加强其电流值的监控。正常来说电流值应该是平稳上升,如果有异常发生,要第一时间将信息传递给维护人员,并及时去机组现场确认空预器运行是否有异常,可以从运行的声音、外观以及监控的电流值来查看。如果有异常发现,要尽快将机组停下来,进一步查看异常原因。比如,出现异常响声或者空预器有振动时,首先将空预器停止运行,并降低排气口的温度(可以通过减少机组机组的运行来实现),并将元器件表面的积尘去除。如果有跳闸的异常现象发生时,则根据电厂现有制定的空预器跳闸处理应急计划进行处置;

第三,定时吹灰

电厂一般会在每天安排两次对空预器进行吹灰。当加热器入口温度与废气温度叠加之后温度小于某一定值时(我们可以根据多次试验确认该值的设定),需要增加一次吹灰,以此减少空预器中的积尘,保证烟灰在喷涂过程中能够充分地疏水对于疏水温度也有管理值的,一般疏水温度要达到260度,才能保证充分地疏水。

第四,加强燃烧过程管理

该项措施主要是通过减少烟气中三氧化硫的含量来实现空预器腐蚀和堵塞故障来实现的。由于煤在燃烧过程中难免会产生硫化物,这就使得烟气中会夹杂着硫化物的存在。因此,可以通过煤的燃烧过程管理来实现硫化物的降低。比如,燃烧时火焰的温度控制、燃烧热强度、燃烧时通入的空气量、以及催化剂的作用等各种因素的调整,达到燃烧管理的最优化。对于每个批次的燃煤,提前对煤进行检测后,根据煤质的不同适宜地对燃烧过程进行调整,可以实现硫化物气体最小限度的生成,从而降低空预器腐蚀和堵塞的发生概率。

从以上四个方面做出改善之后,机组空预器在运行中对烟气阻力进行测试,发现阻力值明显降低,在相同的运行工况下,使得风机的电流值也得到了大幅的降低。经过一段时间运行后,机组的各种异响和振动问题明显得到了改善,整个机组的运行安全性和稳定性得到了较大提升。这从机组的故障维护方面可以明显看出,之前风机的电机和轴承由于长时间在高负荷下运行,故障发生次数较多,需要经常进行更换。经过改善之后,电机和轴承的更换次数也明显下降,提高了设备的使用效率,节约了成本。