省煤器及脫硝系統(tǒng)的除灰改造設(shè)計(jì)

劉富宏

（揚(yáng)州電力設(shè)備修造廠，江蘇揚(yáng)州225003）

0 引言

江蘇常熟電廠600 MW機(jī)組鍋爐設(shè)備，采用的是哈爾濱鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的 HG1952/25.4-YM1型、超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐、一次再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣型鍋爐，4臺(tái)BBD4360雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，型號(hào)為31-VI(T)-SMR的容克式空預(yù)器，傳熱元件板型：熱端和中間層為FNC型(斜波紋)，冷端為NF6(直波紋)。燃燒煤種為神府東勝煤、混煤及大同煤，32只低NOX軸向旋流燃燒器采用前后墻布置、對(duì)沖燃燒。省煤器出口煙道未設(shè)置灰斗，機(jī)組投產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器傳熱元件經(jīng)常積灰堵塞，造成煙氣阻力嚴(yán)重偏高，在負(fù)荷為600 MW時(shí)，空預(yù)器煙氣阻力最大可達(dá)3.6 kPa，造成引風(fēng)機(jī)電流偏大，爐膛壓力大范圍波動(dòng)，影響了機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性造成了一定的危害。在空預(yù)器高壓清洗后不到1周的時(shí)間內(nèi),煙道的煙氣阻力就快速升高，因此急需找到空預(yù)器積灰堵塞的原因，以便采取針對(duì)性的措施加以解決，從而保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 空預(yù)器積灰堵塞的原因分析

一般空預(yù)器積灰堵塞的原因有：（1）煙道內(nèi)排煙溫度過(guò)底時(shí)，造成煙氣中露點(diǎn)升高，在空預(yù)器低溫段煙氣中水份部分析出，造成粉塵受潮積灰堵塞；（2）空預(yù)器蒸汽吹灰效果不明顯，蒸汽過(guò)熱量不夠，蒸汽帶水，致使飛灰黏結(jié)成塊而堵灰；（3）省煤器泄漏而未能及時(shí)停爐處理，造成空預(yù)器積灰嚴(yán)重。

針對(duì)本工程，基本排除以上3種可能，經(jīng)過(guò)充分觀測(cè)和分析認(rèn)為，造成空預(yù)器積灰堵塞的根本原因，是省煤器出口煙道未設(shè)置灰斗且無(wú)出灰裝置，部分粗灰粒進(jìn)入空預(yù)器后，由于空預(yù)器的熱段和中間層為斜波紋，造成2 mm以上的粗灰粒不能隨煙氣帶走，堵塞在傳熱元件上，日積月累造成了空預(yù)器堵灰現(xiàn)象，繼而造成空預(yù)器阻力偏大。同時(shí)，在省煤器出口煙道內(nèi)也發(fā)現(xiàn)大量積灰，積灰高度最大達(dá)0.5 m，省煤器出口煙道的焊縫也已出現(xiàn)裂紋，煙道變形漏灰，在每次停爐檢修期間，需對(duì)省煤器出口煙道內(nèi)的積灰進(jìn)行人工清理，不僅耗費(fèi)人力物力，而且對(duì)生產(chǎn)環(huán)境也造成了污染。因此必須采取切實(shí)有效措施來(lái)消除空預(yù)器積灰堵塞和省煤器出口煙道積灰的問(wèn)題，保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 改造方案的選定

結(jié)合廠方的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)充分調(diào)研論證，決定為每臺(tái)爐加裝省煤器灰斗及相應(yīng)的除灰系統(tǒng)。針對(duì)除灰系統(tǒng)有3種輸灰方案：（1）將省煤器灰斗的飛灰輸送至電除塵一電場(chǎng)，與一電場(chǎng)的輸灰管匯合，實(shí)現(xiàn)省煤器飛灰與電除塵一電場(chǎng)飛灰的同步輸送；（2）為每臺(tái)爐的省煤器輸灰系統(tǒng)各單放一根管道將省煤器飛灰輸送至現(xiàn)有灰?guī)?；?）將每臺(tái)爐的省煤器飛灰采用氣力除灰方式輸送至各自的電除塵入口煙道。

方案1雖然可以使顆粒較大的省煤器飛灰與電除塵飛灰充分混合，有利于輸送并減少管道磨損，但考慮到省煤器灰斗輸灰管的垂直落差很大，達(dá)22 m左右，重力作用下的飛灰在下降管段易導(dǎo)致大量灰堵塞在水平管與垂直管連接處。更重要的是一旦省煤器飛灰輸送出現(xiàn)故障，不可避免的會(huì)對(duì)電除塵一電場(chǎng)的正常輸灰造成不利影響；方案2輸送距離過(guò)長(zhǎng)，最長(zhǎng)達(dá)500 m，同時(shí)加上省煤器飛灰本身不易輸送的特性，如采用方案2，不僅需要沿輸灰管道布置補(bǔ)氣裝置，而且勢(shì)必增大輸送的耗氣量，增加另外的輸送氣源設(shè)備（空壓機(jī)、干燥機(jī)等），加上管道設(shè)備，整體投資較大；在方案3中，省煤器灰斗的飛灰被直接輸送至電除塵入口煙道。這種布置方式，輸灰管道短，輸灰垂直距離小，而且由于電除塵入口煙道運(yùn)行工況下，為負(fù)壓狀態(tài)，輸送極為容易。系統(tǒng)的耗氣量也少，無(wú)需增加額外的氣源設(shè)備，整體投資較低，最終選定第3種作為最終施工的改造方案。

根據(jù)既定的施工改造方案，每臺(tái)機(jī)組增設(shè)省煤器灰斗7只，同時(shí)考慮到脫硝系統(tǒng)飛灰的輸送，每臺(tái)機(jī)組設(shè)1套省煤器、脫硝飛灰輸送系統(tǒng)，每套飛灰輸送系統(tǒng)分A，B兩個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)分2個(gè)輸送單元，省煤器 A側(cè)的4個(gè)灰斗和脫硝系統(tǒng)A側(cè)的3個(gè)灰斗，各構(gòu)成A側(cè)子系統(tǒng)的兩個(gè)輸灰單元。同理，省煤器 B側(cè)的3個(gè)灰斗和脫硝系統(tǒng)的3個(gè)灰斗，各構(gòu)成B側(cè)子系統(tǒng)的2個(gè)輸灰單元，每側(cè)的2個(gè)輸送單元，通過(guò)合用各側(cè)的1根輸送管道，將飛灰輸送到電除塵入口煙道（如圖1）。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

相對(duì)于電除塵的飛灰輸灰系統(tǒng)，本系統(tǒng)并不復(fù)雜，可控設(shè)備較少，控制部分相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于省煤器飛灰和脫硝飛灰的特殊性，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和輸送控制參數(shù)選擇時(shí)，幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)必須引起重視，否則改造的系統(tǒng)不僅不能解決機(jī)組的固有問(wèn)題，而且給新系統(tǒng)的安全運(yùn)行留下隱患，具體在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：

（1）輸灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力。目前燃煤供不應(yīng)求，煤質(zhì)多變，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出力應(yīng)適當(dāng)加大，留有足夠的余量。防止出現(xiàn)灰量加大而系統(tǒng)的出力不夠，繼而出現(xiàn)灰斗滿灰被灰壓塌的安全事故。本工程 BMCR工況下，單臺(tái)鍋爐燃煤量260 t/h，灰份15%，小時(shí)灰渣量：39 t/h，省煤器、脫硝灰量 (各按總灰渣量5%考慮)各為1.95 t/h，充分考慮輸灰系統(tǒng)的裕量，輸灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為：5 t/h。

（2）發(fā)送器的容積確定。發(fā)送器應(yīng)具有足夠的容積，以盡量減少閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間，但也不宜過(guò)大，省煤器灰斗一般不大于0.5 m3，如果發(fā)送器容積過(guò)大，裝料時(shí)間稍有增加會(huì)造成瞬間物料輸送量過(guò)大，造成運(yùn)行中堵管。系統(tǒng)的運(yùn)行模式宜采用“少量多次”的發(fā)送方式進(jìn)行，以盡量減少系統(tǒng)對(duì)電除塵系統(tǒng)和引風(fēng)機(jī)的影響，同時(shí)每次輸送的相對(duì)少量的飛灰，能夠被煙氣順利帶到電除塵區(qū)，避免沉積在電除塵入口煙道處。本工程采用的發(fā)送器容積為0.3 m3。

（3）進(jìn)料閥、出料閥的選用。由于省煤器、脫硝灰的理論溫度達(dá)400℃左右，進(jìn)料閥、出料閥如采用氣囊密封式圓頂閥，必須采用冷卻水系統(tǒng)，以冷卻密封氣囊，這樣不僅系統(tǒng)復(fù)雜、投資較大。更重要的一點(diǎn)，一旦密封氣囊損壞，冷卻水會(huì)滲入發(fā)送器內(nèi)，造成飛灰板結(jié)堵塞管道，給維護(hù)帶來(lái)困難。本工程中采用了復(fù)合澆鑄的雙金屬耐磨閘板門(mén)，這種閘板門(mén)不僅能保證系統(tǒng)的密封性能，同時(shí)具備耐高溫、高壓的特性。

（4）系統(tǒng)膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)。由于省煤器、脫硝灰斗熱態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的熱位移，徑向、軸向可達(dá)150 mm和280 mm，因此下料管上的伸縮節(jié)，不能采用普通形式的膨脹節(jié)，只能采用集伸縮和扭曲為一體、具備吸收三維方向熱位移的組合式膨脹節(jié)，以充分吸收灰斗熱位移的膨脹量。

（5）輸送器料滿判斷。通常情況下一般采用射頻導(dǎo)納式料位計(jì)，但在實(shí)際使用中，料位計(jì)并不可靠，易誤發(fā)信號(hào)，尤其在溫度高達(dá)400℃省煤器、脫硝灰斗中。故在本工程中，在每只灰斗、落灰管上各設(shè)置1只分度耐磨型熱電偶，用以取代料位計(jì)判斷灰斗料位情況，使用效果很好。

（6）輸送系統(tǒng)耗氣量的控制。主要考慮避免氣力除灰系統(tǒng)的氣量對(duì)引風(fēng)機(jī)出力造成影響，在BMCR下，省煤器出口煙氣量：1 460 885 Nm3/h，引風(fēng)機(jī)能力通風(fēng)量：1 750 680 Nm3/h，本工程的氣力出灰系統(tǒng)運(yùn)行最大耗氣量約為210 Nm3/h，引風(fēng)機(jī)通風(fēng)量?jī)H增加萬(wàn)分之1.4，在引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行工況范圍內(nèi)，對(duì)于引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行幾乎沒(méi)有影響。

4 系統(tǒng)改造后的運(yùn)行效果

4.1 輸灰系統(tǒng)的運(yùn)行

系統(tǒng)可由運(yùn)行人員根據(jù)需要自主選擇手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行。在自動(dòng)運(yùn)行模式下，系統(tǒng)采用時(shí)間順序控制，各階段時(shí)間長(zhǎng)度（如進(jìn)料時(shí)間、等待時(shí)間、輸送時(shí)間等）可由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的實(shí)際灰量，進(jìn)料時(shí)間的設(shè)定值為1 min，輸送單元等待時(shí)間設(shè)定值為15 min，在此條件下測(cè)定的系統(tǒng)出力約1.8～2.5 t/h，說(shuō)明系統(tǒng)的出力設(shè)計(jì)還有較大的裕量。同時(shí)自輸灰系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，未出現(xiàn)過(guò)一次輸送系統(tǒng)故障和管道堵塞現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)總體運(yùn)行正常。

4.2 輸灰系統(tǒng)投運(yùn)后空預(yù)器煙氣阻力情況

在安裝省煤器輸灰系統(tǒng)的1號(hào)爐的空預(yù)器清洗后，在機(jī)組負(fù)荷600 MW 情況下，測(cè)定空預(yù)器煙氣阻力為1.5 kPa，在連續(xù)運(yùn)行40 d后，經(jīng)測(cè)定壓差無(wú)明顯增大現(xiàn)象；而未安裝省煤器輸灰系統(tǒng)的3號(hào)爐在空預(yù)器清洗后，空預(yù)器煙氣阻力在不到1周的時(shí)間內(nèi)即升高到 2.7 kPa (設(shè)計(jì)煙氣阻力為 1 kPa)。說(shuō)明在1號(hào)爐在安裝省煤器輸灰系統(tǒng)后，粗灰粒大部分從省煤器灰斗排出，減輕了空預(yù)器傳熱元件的粗灰堵塞現(xiàn)象，從而有效降低了空預(yù)器的煙氣阻力。安裝有省煤器飛灰輸送系統(tǒng)機(jī)組的空預(yù)器的煙氣阻力和引風(fēng)機(jī)電流，都回歸到了正常值，電除塵入口煙道的飛灰沉降淤積問(wèn)題，也得到了有效解決。

5 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)試顯示，在機(jī)組加裝了省煤器脫硝輸灰系統(tǒng)后，引風(fēng)機(jī)電流與改造前相比平均下降25 A,按照鍋爐年運(yùn)行6 000 h計(jì)算，1臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約用電2 650 038 kW h。按照每 kW h 0.35元計(jì)算，全年可節(jié)約1 007 014元（約101萬(wàn)元），經(jīng)濟(jì)效益極其顯著；系統(tǒng)改造后，空預(yù)器、引風(fēng)機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)水平有了很大提高，自系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，空預(yù)器的煙氣阻力沒(méi)有明顯增大現(xiàn)象，引風(fēng)機(jī)電流正常，脫硝輸灰系統(tǒng)未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，電除塵入口煙道內(nèi)的積灰現(xiàn)象也得到了有效消除，說(shuō)明本次改造達(dá)到了預(yù)期的目的。

[1]張?zhí)r，王志偉，張營(yíng)，等.電站鍋爐省煤器出口水溫變化對(duì)過(guò)熱器溫度影響的計(jì)算方法研究[J].電力科學(xué)與工程，2006，22（2）：14-16.Zhang Taiyan,Wang Zhiwei,Zhang Ying,et al.Effects of outlet water temperature variation of economizer on superheatertemperature in utilityboilers[J].Electric Power Science and Engineering,2006,22(2):14-16.