600 MW機(jī)組空氣預(yù)熱器堵塞原因分析及治理措施

黃國(guó)強(qiáng)，何雙江，劉軍來(lái)

(1.國(guó)電龍山發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056400；2.上海鍋爐廠(chǎng)有限公司，上海 200245)

某電廠(chǎng)2臺(tái)600 MW機(jī)組自2007年投運(yùn)以來(lái)，空氣預(yù)熱器出現(xiàn)嚴(yán)重的堵灰現(xiàn)象，危及機(jī)組的安全運(yùn)行，降低了鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的效率。考慮到目前乃至今后仍然難以采用原鍋爐設(shè)計(jì)煤種作為主燃料，為提高空氣預(yù)熱器的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性，對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行改造，達(dá)到了空氣預(yù)熱器安全、可靠運(yùn)行和提高鍋爐效率的目的。

1 空氣預(yù)熱器堵塞狀況

某電廠(chǎng)2臺(tái)600 MW機(jī)組，配置空氣預(yù)熱器為2-32.5VI(T)-2085 SMRC型回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。該空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子直徑為14.236 m，轉(zhuǎn)速為1.05 r/min，受熱面高度為2 085 mm，其中熱段層高度為1 000 mm、熱段中間層高度為730 mm、冷段層高度為305 mm。熱段層及熱段中間層采用FNC波形的加強(qiáng)型傳熱元件，冷段層采用NF6波紋板型傳熱元件，無(wú)鍍搪瓷。

1號(hào)機(jī)組于2007年1月投入運(yùn)行，投運(yùn)6個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器出現(xiàn)正壓運(yùn)行的狀況，爐膛負(fù)壓大幅度波動(dòng)，不能穩(wěn)定運(yùn)行。檢修中檢查發(fā)現(xiàn)熱段中間層傳熱元件積灰嚴(yán)重，外側(cè)4組傳熱元件盒基本堵死，灰垢顏色發(fā)黑有堅(jiān)硬結(jié)瘤現(xiàn)象，用水浸泡后灰垢能夠軟化。兩年以后，由于冷端低溫腐蝕嚴(yán)重，冷端傳熱元件幾乎全部報(bào)廢，機(jī)組排煙溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值30 ℃。

2 堵塞原因分析

2.1 煤質(zhì)分析及硫酸露點(diǎn)溫度計(jì)算

機(jī)組投產(chǎn)后，由于煤炭市場(chǎng)緊張，鍋爐長(zhǎng)期選用硫分較高的煤種，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)煤種。當(dāng)燃煤硫分含量為0.95%時(shí)，煙氣的露點(diǎn)溫度約為101.8 ℃。當(dāng)燃煤硫分升高時(shí)，直接導(dǎo)致煙氣的露點(diǎn)溫度升高。經(jīng)過(guò)計(jì)算，如果燃煤硫分含量為2.39%左右時(shí)，煙氣露點(diǎn)溫度約為110 ℃。

2.2 傳熱元件腐蝕區(qū)域分析

燃煤燃燒生成大量SO2氣體，其中部分SO2氣體與煙氣中未燃盡的氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為SO3，SO3和煙氣中水蒸氣結(jié)合，形成硫酸蒸汽，在經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器低溫段時(shí)，當(dāng)煙氣溫度低于硫酸露點(diǎn)溫度，硫酸蒸汽凝結(jié)成腐蝕性液滴，吸附在預(yù)熱器金屬表面上，腐蝕低溫段金屬。金屬表面吸附硫酸液滴后，黏附性大大加強(qiáng)，使煙氣中灰分向金屬表面沉積速度加快，導(dǎo)致預(yù)熱器冷端堵灰。

實(shí)際煤種在鍋爐機(jī)組40%負(fù)荷工況下長(zhǎng)期運(yùn)行，排煙溫度過(guò)低，為106 ℃。若煤種含硫量為2.39%左右，根據(jù)硫酸露點(diǎn)溫度計(jì)算結(jié)果，煙氣側(cè)露點(diǎn)溫度為110 ℃，現(xiàn)計(jì)算煙氣側(cè)轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)，繪出傳熱元件腐蝕區(qū)域示意，見(jiàn)圖1。原設(shè)計(jì)傳熱元件布置冷段層高度為305 mm，而硫酸腐蝕區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)冷段層(305 mm)和中溫段層下方的150 mm。

2.3 灰分分析

原設(shè)計(jì)煤種灰分含量為21.73%，但實(shí)際煤種灰分含量平均值為32.41%，最壞時(shí)為40%～45%，偏離設(shè)計(jì)值較大，在硫酸腐蝕區(qū)域極易粘附到硫酸液滴上造成積灰。省煤器冷灰斗處沒(méi)有設(shè)置排灰裝置，本應(yīng)排出爐外的積灰隨煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器，加大了煙氣中飛灰濃度，惡化了空氣預(yù)熱器的運(yùn)行環(huán)境，導(dǎo)致傳熱元件積灰更為嚴(yán)重。從飛灰采樣的灰樣來(lái)看，灰樣中粗大的灰粒較多，較大的灰粒進(jìn)入空氣預(yù)熱器傳熱元件中更容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

圖1 空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子傳熱元件硫酸腐蝕區(qū)域示意

2.4 吹灰情況分析

通過(guò)以上分析得知，冷段層和部分熱段中間層傳熱元件受到硫酸腐蝕，最終導(dǎo)致冷段層和熱段中間層嚴(yán)重積灰，必須進(jìn)行吹灰和水沖洗。冷段層內(nèi)沾污灰分容易吹掃，堵灰不明顯，但是由于常規(guī)吹灰蒸氣在穿過(guò)冷段層后，蒸氣壓力喪失，無(wú)法清除留在熱段中間層的積灰，導(dǎo)致熱段中間層下部堵塞。

吹灰器在夜間機(jī)組低負(fù)荷時(shí)連續(xù)運(yùn)行，導(dǎo)致過(guò)多的水蒸氣進(jìn)入低溫?zé)煔?，使得空氣預(yù)熱器傳熱元件表面凝結(jié)的硫酸濃度下降。硫酸剛開(kāi)始凝結(jié)時(shí)濃度為75%以上的濃硫酸，腐蝕性不是很強(qiáng)，但較多水蒸氣混入煙氣中降低硫酸濃度，當(dāng)硫酸濃度為25%～60%時(shí)，對(duì)金屬的腐蝕性大大增強(qiáng)，并使傳熱元件長(zhǎng)期處在濕潤(rùn)階段，吸附更多的積灰，造成堵塞。

2.5 暖風(fēng)機(jī)投運(yùn)情況分析

最低冷段綜合溫度通常需滿(mǎn)足以下2個(gè)條件。

a. 轉(zhuǎn)子冷端綜合溫度=空氣入口溫度+煙氣出口溫度≥138 ℃。

根據(jù)計(jì)算，實(shí)際轉(zhuǎn)子冷端綜合溫度=22.8 ℃+106 ℃=128.8 ℃，不滿(mǎn)足轉(zhuǎn)子冷端綜合溫度要求。

b. 最低冷端綜合溫度=(硫酸露點(diǎn)溫度-40 ℃)×2=(110 ℃-40 ℃)×2=140 ℃。

根據(jù)計(jì)算得知，排煙溫度過(guò)低，電廠(chǎng)應(yīng)投運(yùn)暖風(fēng)機(jī)。但是從電廠(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，僅在冬季使用暖風(fēng)機(jī)，導(dǎo)致一年之中有較長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間存在硫酸結(jié)露的現(xiàn)象，造成空氣預(yù)熱器腐蝕和堵塞。

3 治理措施

根據(jù)該電廠(chǎng)空氣預(yù)熱器堵塞情況分析，以及今后長(zhǎng)期無(wú)法改變?nèi)济好嘿|(zhì)的情況，決定在保證空氣預(yù)熱器換熱效率基本不變的情況下，采取以下措施，以使空氣預(yù)熱器適應(yīng)現(xiàn)有實(shí)際煤種，解決空氣預(yù)熱器堵塞的問(wèn)題。

3.1 改造傳熱元件

將冷段傳熱元件高度增加至硫酸腐蝕區(qū)域以外，冷段傳熱元件高度由305 mm改成600 mm，采用上海鍋爐廠(chǎng)有限公司TC-1封閉流道波形的鍍搪瓷耐腐蝕材料傳熱元件，既容易吹掃，又耐腐蝕。熱段傳熱元件保留繼續(xù)使用，受空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子高度的限制，中溫段傳熱元件更換為500 mm高的DU3波形傳熱元件，以確保換熱效率。傳熱元件改造前后對(duì)比如表1所示。

表1 傳熱元件改造前后對(duì)比

傳熱元件參數(shù) 原設(shè)計(jì)改造后熱段層傳熱元件波型FNCFNC傳熱元件材質(zhì)SPCCSPCC傳熱元件高度/mm1 0001 000傳熱元件厚度/mm0.50.5熱段中間層傳熱元件波型FNCDU3傳熱元件材質(zhì)SPCCSPCC傳熱元件高度/mm730500傳熱元件厚度/mm0.50.5冷段層傳熱元件波型NF6TC-1傳熱元件材質(zhì)CORTEN搪瓷傳熱元件高度/mm305600傳熱元件厚度/mm1.01.2

改造后傳熱元件腐蝕區(qū)域全部發(fā)生在冷段層。當(dāng)硫酸腐蝕區(qū)域積灰并造成阻力上升時(shí)，需要開(kāi)啟冷端吹灰器進(jìn)行吹灰，吹灰蒸汽可以吹透具有封閉流道的TC-1波形傳熱元件。

3.2 合理使用吹灰器

對(duì)空氣預(yù)熱器的運(yùn)行阻力進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)空氣預(yù)熱器阻力超過(guò)設(shè)計(jì)值30%以上時(shí)，應(yīng)盡早使用高壓水沖洗，使阻力恢復(fù)到最低水平。正常工況下，吹灰器投運(yùn)以每8 h吹灰一次為宜，不宜連續(xù)運(yùn)行。吹灰蒸汽壓力不小于1.4 MPa，溫度不小于350 ℃。確保吹灰器疏水效果，避免在吹灰器運(yùn)行時(shí)，蒸汽管道內(nèi)的疏水進(jìn)入空氣預(yù)熱器加重堵灰。

3.3 適時(shí)投運(yùn)暖風(fēng)機(jī)

當(dāng)空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度和進(jìn)入空氣預(yù)熱器的送風(fēng)溫度之和小于140 ℃時(shí)，應(yīng)立即投運(yùn)暖風(fēng)機(jī)，不是只在冬季才投運(yùn)。

3.4 降低飛灰含量

盡量降低煤粉細(xì)度，防止鍋爐燃燒后產(chǎn)生大顆粒的飛灰加重空氣預(yù)熱器堵灰，并在省煤器冷灰斗處設(shè)置排灰裝置，可大大降低進(jìn)入空氣預(yù)熱器煙氣中的飛灰含量，預(yù)防堵灰。

3.5 其它措施

檢查空氣預(yù)熱器的清洗管、消防水管閥門(mén)，確認(rèn)沒(méi)有水漏入空氣預(yù)熱器。當(dāng)空氣預(yù)熱器進(jìn)行水沖洗后，必須低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)不低于3 h，確?？諝忸A(yù)熱器完全干燥后再重新投入使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析可知硫分含量過(guò)高，排煙溫度過(guò)低是造成空氣預(yù)熱器堵塞的主要原因。在電廠(chǎng)使用實(shí)際煤種不變的情況下，通過(guò)采取對(duì)空氣預(yù)熱器傳熱元件改造，采用合理的吹灰方式，適時(shí)投運(yùn)暖風(fēng)機(jī)，并對(duì)清洗管消防管等輔助設(shè)備進(jìn)行檢修等措施后，目前該電廠(chǎng)空氣預(yù)熱器堵塞的問(wèn)題已解決。