600MW 火電機(jī)組空氣預(yù)熱器積灰與在線處理

解文利

（武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司 發(fā)電運(yùn)行部 山西 長治 046300）

近年來，我國的電力工業(yè)發(fā)展迅速，取得了巨大的成就，正向著大機(jī)組、高參數(shù)、大電網(wǎng)、高電壓、高度自動化方向迅猛發(fā)展。我國現(xiàn)裝機(jī)容量已達(dá)到5.82億kW，并且還在穩(wěn)步增長，目前我國發(fā)電機(jī)組已進(jìn)入了600MW、100MW、120MW 高負(fù)荷、大容量時代。而選配裝機(jī)容量達(dá)600MW 或更高容量機(jī)組的鍋爐時，一般采用構(gòu)造緊密、體積小、金屬耗量較少的回轉(zhuǎn)式又稱容克式空氣預(yù)熱器。武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司#1、#2號機(jī)組（600MW）鍋爐是武漢鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，其配置了三分倉容克式空氣預(yù)熱器。但容克式空氣預(yù)熱器構(gòu)造比較復(fù)雜，由于通流截面積較小，稍有積灰即可使通過截面流體的阻力增加，因此，易發(fā)生堵灰和低溫腐蝕。本文分析了武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司三分倉容克式空氣預(yù)熱器積灰的形成機(jī)理及其對運(yùn)行機(jī)組產(chǎn)生的危害，并提出了防止積灰和在線處理的辦法。

1 空氣預(yù)熱器積灰的形成原理

對于固態(tài)排渣的煤粉爐，煙氣中含有大量的飛灰，飛灰的粒徑一般小于200μm，大部分為20～30μm.當(dāng)攜帶著飛灰的煙氣流經(jīng)預(yù)熱器的傳熱元件波紋板時，由于以下原因使飛灰沉積在受熱面上，形成積灰。

1）當(dāng)含灰煙氣沖刷波紋板時，在板的背風(fēng)面會產(chǎn)生渦流區(qū)。大顆灰粒由于其慣性大，不易卷入渦流；而小灰粒（小于30μm，尤其是小于10μm的細(xì)灰粒）則易進(jìn)入渦流區(qū)。此時，它們中的一部分灰粒碰到金屬壁后，由于受到分子吸力及靜電引力的作用，使部分灰粒吸附在波紋板上，形成疏松的積灰。

2）由于波紋板金屬壁的凹凸不平（尤其在發(fā)生低溫腐蝕的情況下，壁表面更顯得粗糙、不平），在摩擦力的作用下，亦能掛住部分微小的灰粒，此時所形成的積灰也是疏松的。

3）當(dāng)受熱面壁溫較低時，使煙氣中的水蒸氣或硫酸蒸氣在受熱面上發(fā)生凝結(jié)時，潮濕的表面會將部分灰粒黏住，此時積灰被“水泥化”，形成低溫黏結(jié)灰。

其中空氣預(yù)熱器低溫黏結(jié)灰的形成有兩種原因：

a）煙氣中含水量大約10%左右，該廠使用煤種又含有較高硫分，燃燒后形成SO2，其中一部分SO2會進(jìn)一步氧化成SO3.SO3和煙氣中的水蒸氣在高溫下結(jié)合成硫酸蒸汽，低溫腐蝕的產(chǎn)物低價鐵硫酸鹽、鐵的氧化物和硫酸蒸汽與飛灰反應(yīng)，生成酸性黏結(jié)灰：

xCaO.yAl2O3.SiO2+（x+3y）H2SO4→xCaSO4+yAl2（SO4）3+SiO2+（x+3y）H2O

Fe3O4+4H2SO4→FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O

3Fe+4H2SO4+2O2→FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O

b）因吹灰疏水溫度未達(dá)到要求從而使吹灰蒸汽帶水或吹灰用的蒸氣冷凝成水，滲到積灰層形成水泥狀物質(zhì)。

除以上原因外，武鄉(xiāng)電廠鍋爐為了使煙氣中的NOx的排放量達(dá)到國家環(huán)保部門的要求，在空氣預(yù)熱器前加裝了脫硝系統(tǒng)設(shè)備。在脫硝系統(tǒng)中加入適量的氨氣作為催化劑將NOx還原為氮?dú)猓赐耆磻?yīng)的氨氣即伴隨煙氣與三氧化硫形成硫酸氨鹽類沉積在空氣預(yù)熱器換熱片上，造成其堵塞、磨損、腐蝕等。

2 空氣預(yù)熱器積灰對運(yùn)行機(jī)組產(chǎn)生的危害

1）空氣預(yù)熱器積灰后，由于灰的導(dǎo)熱系數(shù)小，因此，積灰使熱阻增加，熱交換惡化，以致排煙溫度升高，使排煙熱損失增大，鍋爐熱效率降低，鍋爐出力降低，并影響鍋爐壽命。

2）空氣預(yù)熱器堵灰，增加了風(fēng)煙道阻力，也增加了該廠10kW風(fēng)煙系統(tǒng)輔機(jī)的廠用電率。在額定發(fā)電功率下，武鄉(xiāng)電廠#1鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰時引風(fēng)機(jī)電流高達(dá)270～280A（正常值：190A）、送風(fēng)機(jī)電流194A（正常值：121A），且造成鍋爐正壓（平均：+50～+200 Pa）運(yùn)行，而正壓燃燒又極易引起受熱面結(jié)焦，影響傳熱效果，并可能造成鍋爐爆燃，發(fā)生惡性事故。

3）空氣預(yù)熱器積灰后會促使受熱面金屬產(chǎn)生低溫腐蝕。受熱面上積灰后會吸收水分和SO3以及其它腐蝕性氣體，使受熱面的腐蝕速度加快。而水蒸氣和硫酸蒸氣的凝結(jié)，不僅造成受熱面的腐蝕，同時潮濕的波紋板表面能捕集煙氣中的飛灰，形成低溫黏結(jié)性積灰，使受熱面的積灰程度加劇。尤其是受熱面的沉積物與硫酸液起化學(xué)變化，會在空氣預(yù)熱器上形成復(fù)合硫酸鐵鹽為基質(zhì)的水泥狀物質(zhì)，使積灰呈硬結(jié)狀（酸灰垢），造成氣流通道堵塞，而且所形成的硬灰垢是不易清除的。

3 影響空氣預(yù)熱器積灰的因素及防范措施

3.1 提高空氣預(yù)熱器冷段壁溫

使空氣預(yù)熱器冷段壁面溫度始終保持高于煙氣露點(diǎn)，是防止空氣預(yù)熱器積灰的最有效方法。因此，該廠一、二次風(fēng)機(jī)加裝暖風(fēng)器來提高空氣預(yù)熱器入口一、二次風(fēng)溫度，從而提高空氣預(yù)熱器冷端換熱元件壁溫。其目的是為了防止硫酸蒸汽在蓄熱片表面凝結(jié)并黏結(jié)飛灰顆粒。但鍋爐排煙溫度的升高會使鍋爐排煙熱損失增加，因此，必須提高空氣預(yù)熱器入口冷風(fēng)溫度。根據(jù)武鄉(xiāng)電廠目前燃用煤種的硫分計(jì)算，冷端綜合溫度約為160～170℃，根據(jù)負(fù)荷的變化，排煙溫度在125～145℃，需控制暖風(fēng)器后一、二次風(fēng)溫20～30℃，并根據(jù)負(fù)荷及煙溫的變化進(jìn)行手動修正。提高空氣預(yù)熱器入口一次風(fēng)溫度與二次風(fēng)溫度，特別是在負(fù)荷低谷時，排煙溫度較低時作用更大。

3.2 吹灰器位置和吹灰時間及次數(shù)

該廠空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子傳熱元件結(jié)構(gòu)中，傳熱元件沿轉(zhuǎn)子由低到高分為熱端層、中間層及冷端層3層，以使容易受低溫腐蝕的冷端傳熱元件便于翻轉(zhuǎn)和調(diào)換使用外，還采用了厚度為1.2mm的耐酸腐及耐磨的柯坦鋼，制作成冷段傳熱元件，以增加其抗腐蝕抗磨損的性能。根據(jù)工作環(huán)境和材質(zhì)的不同，其吹灰器布置有2臺，1臺位于煙氣入口，另1臺位于煙氣出口。實(shí)際運(yùn)行過程中，控制其吹灰器提升閥后壓力0.95～1.10MPa，且空氣預(yù)熱器吹灰蒸汽至少應(yīng)有130℃的過熱度。正常情況下，蒸汽吹灰次數(shù)為每班一次，吹灰順序?yàn)橄壤涠撕鬅岫嗽倮涠?。吹灰前整個系統(tǒng)必須充分暖管，疏水溫度要達(dá)到300℃以上，防止?jié)裾羝M(jìn)入空氣預(yù)熱器加劇堵灰。

3.3 煙氣脫硝工藝中催化劑NH3的合理噴量

為了降低燃煤電廠煙氣中NOx的排出量，采用NH3作為催化劑，進(jìn)行脫硝處理?；瘜W(xué)反應(yīng)原理：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

如果投入的氨量過于充足，未來得及反應(yīng)的氨氣就隨著煙氣與二氧化硫、三氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成硫酸氨鹽類，沉積在空氣預(yù)熱器換熱片上，造成其堵塞、磨損、腐蝕等。

3.4 煙氣入口側(cè)NOx濃度與出入口壓差

通過運(yùn)行實(shí)際情況，空氣預(yù)熱器煙氣入口側(cè)NOx濃度的高低直接影響出入口壓差，即壓差越大，說明空氣預(yù)熱器積灰越嚴(yán)重。武鄉(xiāng)電廠#2鍋爐空氣預(yù)熱器煙氣入口側(cè)NOx濃度與出入口壓差運(yùn)行曲線圖見圖1.因此，在運(yùn)行過程中要通過對鍋爐的燃燒調(diào)整盡量降低空氣預(yù)熱器煙氣入口側(cè)NOx濃度，（比如降低氧量、關(guān)小底層磨容量風(fēng)擋板等）以確?？諝忸A(yù)熱器不堵灰。

圖1 空氣預(yù)熱器入口側(cè)NOx濃度與出入口壓差運(yùn)行曲線圖

4 空氣預(yù)熱器積灰在線處理

由于空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重，先對空氣預(yù)熱器冷端進(jìn)行在線水沖洗，具體操作步驟如下：

以該廠#11空氣預(yù)熱器為例：

1）開啟底部煙道放水門。關(guān)閉#11、#12冷端吹灰器蒸汽來汽手動門；開啟爐零米高壓沖洗泵來水手動門，開啟高壓沖洗泵出口至#11空氣預(yù)熱器沖洗手動門（檢查#12空氣預(yù)熱器沖洗手動門關(guān)閉）。

2）檢查#11空氣預(yù)熱器吹灰就地控制盤后各切換把手切至“搖控位”、“高壓水沖洗”位置；在DCS上將空氣預(yù)熱器吹灰器選擇至“PMP2”在線高壓水位置（“PMP1”為蒸汽吹灰，“PMP3”為離線高壓水沖洗）。

3）就地啟動高壓沖洗水泵，檢查出口壓力緩慢升至25MPa，啟動AH2空氣預(yù)熱器，檢查就地吹灰器進(jìn)到位（退行程約206min）.檢查退出后，再啟動AH2空氣預(yù)熱器進(jìn)行下一次吹掃。

4）沖洗期間，加強(qiáng)引、送、一次風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)壓、風(fēng)溫、空氣預(yù)熱器差壓監(jiān)視，每小時對參數(shù)進(jìn)行記錄。

5）巡檢要求：每小時巡檢一次，檢查零米高壓沖洗水泵電流140～160A（額定電流240A），泵入口濾網(wǎng)前后壓力表壓差不大于0.2MPa（否則，聯(lián)系該廠設(shè)備部停泵清理），泵出口壓力在25MPa左右；13.7 m吹灰器密封風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，高壓水壓力24～25 MPa，無跑水現(xiàn)象。

6）高壓水沖洗結(jié)束后，就地停運(yùn)高壓沖洗水泵，關(guān)閉入口手動門，關(guān)閉13.7m高壓沖洗泵出口至#11空氣預(yù)熱器沖洗手動門；檢查#11空氣預(yù)熱器吹灰就地控制盤后將切換把手切至“蒸汽吹灰”位置，開啟#11空氣預(yù)熱器冷端吹灰器蒸汽來汽手動門，在DCS上將空氣預(yù)熱器吹灰器選擇至“PMP1”蒸汽吹灰位置，恢復(fù)空氣預(yù)熱器正常吹灰。

7）如高壓沖洗泵跳閘，關(guān)閉泵入口手動門，將#11空氣預(yù)熱器吹灰就地控制盤后，切換把手切至“近控位”，就地按“退出”按鈕，檢查吹灰器退出。聯(lián)系該廠設(shè)備部檢修高壓沖洗水泵。通過兩側(cè)AH均水洗結(jié)束后，鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)恢復(fù)正常。

8）系統(tǒng)恢復(fù)后，武鄉(xiāng)電廠#1鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰及水洗后各運(yùn)行參數(shù)見表1.

表1 #1鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰及水洗后各運(yùn)行參數(shù)表

5 結(jié)束語

西山武鄉(xiāng)電廠600MW 火電機(jī)組若因鍋爐的空氣預(yù)熱器積灰堵塞被迫降負(fù)荷會給煤礦生產(chǎn)帶來較大的影響，造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。所以，在實(shí)際運(yùn)行中通過采取措施避免了事故的發(fā)生。

1）做好減輕和防止空氣預(yù)熱器積灰的措施：a）提高空氣預(yù)熱器冷段壁面的溫度。b）正確設(shè)計(jì)布置空氣預(yù)熱器吹灰裝置和合理的吹灰時間及次數(shù)。

2）若發(fā)生空氣預(yù)熱器積灰堵塞而吹灰器無法清除其沉積物，機(jī)組可以利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時降負(fù)荷進(jìn)行空氣預(yù)熱器在線水洗。

3）優(yōu)化脫硝裝置運(yùn)行方式：a）控制噴氨量，減少氨逃逸，并利用檢修機(jī)會對脫硝裝置進(jìn)行檢查，減少催化劑格柵間漏點(diǎn)。b）加強(qiáng)脫硝裝置前后壓差的監(jiān)視，保證聲波吹灰器正常投入，每周進(jìn)行1～2次蒸汽吹灰。c）脫硝裝置吹灰一般在16：00后進(jìn)行，吹灰前充分疏水，疏水溫度不低于350℃.d）根據(jù)脫硝裝置前后壓差變化及時調(diào)整吹灰頻率。

［1］ 劉建民，薛建明，王小明，等.火電廠氮氧化物控制技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2012：165-168

［2］ 容鑾恩，袁鎮(zhèn)福，劉志敏，等.電站鍋爐原理［M］.北京：中國電力出版社，1997：204-210.

［3］ 白國亮.鍋爐設(shè)備運(yùn)行［M］.北京：中國電力出版社，2005：149-156.