容克式空氣預(yù)熱器單側(cè)停運存在的問題及解決措施

董全文

(大唐信陽發(fā)電有限責任公司，河南信陽464100)

空氣預(yù)熱器是鍋爐利用鍋爐尾部煙氣余熱來加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置，不但能吸收排煙中的熱量，降低排煙溫度，提高鍋爐效率，而且改善了燃料的著火和燃燒過程［1］。所以空氣預(yù)熱器一旦出現(xiàn)故障和停運都會影響機組的安全穩(wěn)定運行。對此，本文結(jié)合某電廠1號機組A容克式空氣預(yù)熱器實際運行狀況，分析了1號爐A空氣預(yù)熱器單側(cè)停運的原因，同時提出了防止空氣預(yù)熱器單側(cè)停運采取的措施和制定了1號爐A空氣預(yù)熱器單側(cè)停運及投運操作方法，保證了A空氣預(yù)熱器檢修工作順利進行及其安全穩(wěn)定運行。

1 風煙系統(tǒng)及空氣預(yù)熱器設(shè)備運行參數(shù)

該電廠2臺300 MW亞臨界燃煤機組鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的1025 t/h亞臨界壓力一次中間再熱、自然循環(huán)鍋爐，采用單爐膛、∏型布置、四角切向燃燒、平衡通風、尾部雙煙道、擋板調(diào)溫、倉儲制鋼球磨制粉系統(tǒng)、露天布置、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、固態(tài)機械除渣。每臺鍋爐配有2臺上海鍋爐廠配套設(shè)計制造的三分倉容克式空氣預(yù)熱器。傳動裝置由電動機、液力耦合器、減速器、傳動齒輪、傳動裝置支承等組成。中心傳動裝置設(shè)有主電機和輔電機各1臺，主電機通過液力耦合器同減速機相連，輔電機通過超越離合器同減速機相連。當主電機出現(xiàn)故障時，輔電機使空氣預(yù)熱器維持運行。在輔電機軸的末端用管鉗可進行手動盤車。

鍋爐爐膛風煙系統(tǒng)為平衡通風方式。煙氣和一、二次風分別由空氣預(yù)熱器上下端逆向進入，設(shè)有入口煙氣擋板、出口一、二次風擋板。空氣預(yù)熱器入口一、二次風均設(shè)有聯(lián)絡(luò)門。煙氣從空氣預(yù)熱器出來后，流經(jīng)電袋復(fù)合式除塵器，在兩臺引風機進口擋板之前設(shè)有交叉煙道。風煙系統(tǒng)布置圖如圖1所示。

圖1 鍋爐風煙系統(tǒng)圖Fig.1 Boiler air and gas system diagram

空氣預(yù)熱器設(shè)備參數(shù)如表1所示，空氣預(yù)熱器主驅(qū)動電機設(shè)備參數(shù)如表2所示，輔電機設(shè)備參數(shù)如表3所示。

表1 空氣預(yù)熱器設(shè)備參數(shù)Tab.1 Air preheater equipment parameters

表2 空氣預(yù)熱器主驅(qū)動電機設(shè)備參數(shù)Tab.2 Main drive motor equipment parameters of air preheater

表3 空氣預(yù)熱器輔電機設(shè)備參數(shù)Tab.3 Auxiliary motor equipment parameters of air preheater

2 空氣預(yù)熱器單側(cè)停運存在的問題

2.1 空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子熱變形及卡澀

在空氣預(yù)熱器正常運行時，煙氣和空氣分別由上下端逆向進入，轉(zhuǎn)子軸帶動換熱元件從高溫煙氣側(cè)吸熱，轉(zhuǎn)至風側(cè)散熱，完成熱交換。轉(zhuǎn)子以支承軸承為支點，向上和向圓周方向自由膨脹，由于熱端和冷端的溫差，形成蘑菇狀變形［2］。這種變形基本上是均勻?qū)ΨQ的，在設(shè)計上已考慮。

當空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)后，傳熱不能正常進行。若空氣預(yù)熱器入口煙氣擋板不嚴或操作不當，空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子一半在高溫的煙氣區(qū)，另一半在低溫的空氣區(qū)，轉(zhuǎn)子將發(fā)生不規(guī)則的扭曲變形。煙氣和空氣側(cè)溫差越大，扭曲變形越明顯。隨著搶修時間的延長，變形會加劇，再次啟動時會出現(xiàn)卡澀、刮擦、轉(zhuǎn)子盤不動的情況［3］。

2.2 發(fā)生尾部煙道再燃燒事故

單側(cè)空氣預(yù)熱器停運后，兩側(cè)排煙溫度均會不同程度上升。空氣預(yù)熱器停運側(cè)煙氣流量小，煙速低，煙氣中的未完全燃燒顆粒也容易離析，沉積在尾部受熱面上，散熱條件差，熱量易聚集，以至形成再燃燒［4］。

空氣預(yù)熱器廠家要求排煙溫度不能高于250℃，否則應(yīng)手動MFT。一般為了降低排煙溫度，機組需要進一步降低機組負荷(至最低穩(wěn)燃負荷以下)，此時需投油穩(wěn)燃，煤油混燒時間長，易誘發(fā)尾部煙道再燃燒。

2.3 對爐膛燃燒的影響

單側(cè)空氣預(yù)熱器停運后，若一、二次風擋板及聯(lián)絡(luò)擋板不嚴，冷一、二風進入爐膛，則降低爐膛溫度，使鍋爐燃燒不穩(wěn)定。同時，單側(cè)風機運行，停運側(cè)的二次風箱與爐膛的壓差因管路阻力損失將低于運行側(cè)的壓差，會造成爐膛火焰偏斜和切圓旋流的破壞，進一步消弱著火的穩(wěn)定性，甚至滅火。

2.4 對布袋除塵器和脫硝系統(tǒng)的影響

在空氣預(yù)熱器出口布置有電袋復(fù)合式除塵器，布袋除塵區(qū)的濾布材質(zhì)是PPS+PTFE，要求控制煙氣溫度在190℃以下，以防止布袋高溫氧化和熱脹老化變形。如果溫度超限，就會縮短布袋的使用壽命。

當煙氣溫度高于450℃，脫硝催化劑的壽命就會在短時間內(nèi)大幅降低，燒結(jié)使催化劑失活［5］。要求反應(yīng)器入口煙溫(省煤器出口)不高于420℃，最高不超過450℃。吸收塔入口煙溫過高會造成吸收塔內(nèi)部防腐材料脫落，堵塞循環(huán)泵及石膏排出泵入口。要求吸收塔入口煙溫應(yīng)小于150℃，出口煙溫不高于75℃。

3 防止空氣預(yù)熱器單側(cè)停運采取的措施

3.1 用加熱法消除轉(zhuǎn)子熱變形

防止空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子扭曲狀變形就是減少煙氣和空氣側(cè)溫度差，降低熱端煙氣側(cè)溫度，提高熱端空氣側(cè)溫度。在停運空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子前，先停運該側(cè)一次風機、送風機，并對該側(cè)一、二次風進行隔離，逐步提高停運側(cè)排煙溫度(180℃左右)后，關(guān)閉煙氣入口擋板，再停運空氣預(yù)熱器主、輔電機。這樣，可使空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)后空氣側(cè)保持一個較高的溫度，減少轉(zhuǎn)子扭曲變形。

在控制兩側(cè)汽溫偏差前提下，調(diào)整尾部煙溫調(diào)節(jié)擋板，控制故障側(cè)空氣預(yù)熱器煙氣量?？諝忸A(yù)熱器轉(zhuǎn)子停運后，立即打開1號爐A空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)人孔門，利用負壓抽冷空氣降低煙氣側(cè)溫度，減少轉(zhuǎn)子扭曲變形。

檢修時主、輔電機均需拆除，無法手動盤車，可在打開的煙氣側(cè)人孔門處用導(dǎo)鏈剪斷盤動空氣預(yù)熱器。若發(fā)現(xiàn)盤動較沉，則要提高二次風箱壓力，用熱空風倒灌加熱空氣側(cè)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子，減少熱偏差，消缺轉(zhuǎn)子扭曲變形［6］。

3.2 降低機組負荷來降低排煙溫度

因停運側(cè)空氣預(yù)熱器煙氣的漏流，排煙溫度會不斷上升，應(yīng)進一步減低機組負荷，控制空氣預(yù)熱器入口煙氣溫度(在250℃以下)，一般可控制排煙溫度滿足廠家要求。

加強空氣預(yù)熱器的吹灰和燃燒調(diào)整，監(jiān)測風煙系統(tǒng)各參數(shù)，若排煙溫度超過250℃或空氣預(yù)熱器著火的傾向，則果斷停爐，采取密閉措施。

3.3 減少對布袋除塵器和脫硝系統(tǒng)的影響

當排煙溫度超過160℃時，及時將該側(cè)布袋除塵器關(guān)閉，關(guān)閉各布袋提升閥，避免布袋燒損。在空氣預(yù)熱器停運前，應(yīng)停止該側(cè)脫硝系統(tǒng)運行，加強催化劑蒸汽吹灰和聲波吹灰，監(jiān)測脫硫吸收塔入口及出口排煙溫度，若入口溫度較高，則應(yīng)及時開啟事故噴淋閥，一般控制運行側(cè)空氣預(yù)熱器排煙溫度在180℃以下，就可控制吸收塔入口排煙溫度在正常范圍內(nèi)。

4 1號爐A空氣預(yù)熱器單側(cè)停運及投運操作方案

4.1 停運操作方案

綜合空氣預(yù)熱器單側(cè)停運中存在的上述問題及采取的對策，并考慮負荷會降至50%MCR以下，需要對小汽輪機汽源進行切換，調(diào)整給水泵，制訂處理方案。

1)停運前做好準備工作?？紤]鍋爐的穩(wěn)燃，提前通知燃料運行人員上設(shè)計煤種，盡可能的提高入爐煤揮發(fā)分和熱值。試投油槍，保證油槍能隨時投入?？紤]50%MCR負荷以下汽輪機四抽壓力低無法滿足小機供汽，稍開輔汽至小汽輪機用汽門暖管，根據(jù)小汽輪機用汽情況隨時安排專人調(diào)整輔汽用汽量。

2)用熱風加熱空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子，避免空氣預(yù)熱器停運過程中對鍋爐產(chǎn)生較大的擾動。通知熱工人員解除RB及空氣預(yù)熱器跳閘聯(lián)關(guān)其一、二次風出口擋板和煙氣入口擋板，聯(lián)關(guān)送風、一次風聯(lián)絡(luò)門，聯(lián)跳同側(cè)引風機、送風機和一次風機，使A空氣預(yù)熱器主電機禁啟、禁停等聯(lián)鎖。

3)在空氣預(yù)熱器輔電機風扇處用管鉗手動盤車，通知檢修人員除去該處防護罩，以便緊急情況下及時手動盤車。

4)逐漸降負荷至150 MW，根據(jù)燃燒情況投入油槍，投入空氣預(yù)熱器連續(xù)吹灰。

5)停運A側(cè)一次風機、送風機運行，關(guān)閉一、二次風聯(lián)絡(luò)門。手動調(diào)整A引風機出力至最小。就地逐漸關(guān)閉A空氣預(yù)熱器出口熱一、二次風擋板、入口煙氣擋板。操作過程應(yīng)緩慢，防止爐膛負壓大幅波動，逐漸將A側(cè)排煙溫度提高至180℃。一、二次熱風擋板、空氣預(yù)熱器入口煙氣擋板到位后，就地手動加關(guān)。

6)停運A空氣預(yù)熱器主、輔電機運行，立即通知檢修人員打開A空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)兩個人孔門及煙氣擋板下方煙氣側(cè)人孔門，利用負壓抽冷空氣降低煙氣側(cè)溫度。

7)負荷降至150 MW以下，退出脫硝系統(tǒng)運行。防止可燃物聚集在催化劑上，加強脫硝系統(tǒng)聲波吹灰和蒸汽吹灰。開啟A側(cè)布袋除塵器旁通閥，關(guān)閉提升閥，退出A側(cè)布袋除塵器運行。

8)根據(jù)排煙溫度逐漸降低機組負荷［7］。當降負荷至130 MW時，退出1臺汽泵保持備用，關(guān)閉備用泵出口電動門。開啟冷再至高輔調(diào)門，保持高輔壓力0.40 MPa以上，控制小機調(diào)門開度70%以下，防止小機汽源壓力過低造成遙調(diào)退出、汽泵失控。根據(jù)排煙溫度上升趨勢決定是否進一步降負荷。

9)對主、輔電機停電，通知檢修人員開始檢修空氣預(yù)熱器。在缺陷處理過程中，若輔電機已拆除不能手動盤車，則在煙氣側(cè)人孔門處用翹杠或?qū)ф湵P動空氣預(yù)熱器。

10)嚴格執(zhí)行規(guī)程規(guī)定，如空氣預(yù)熱器著火或排煙溫度超過250℃，應(yīng)立即停爐，避免設(shè)備損壞。

4.2 檢修后的投運措施

經(jīng)檢查，1號爐A空氣預(yù)熱器減速機與主電機液力耦合器的連接軸磨損嚴重，修復(fù)時間較長，整個處理過程長達15 h。A側(cè)空氣預(yù)熱器主、輔電機均停運后，因A側(cè)入口煙氣擋板不嚴，A側(cè)排煙溫度上升較快，故迅速降低機組負荷，最低降負荷至60 MW，空氣預(yù)熱器入口煙溫降至250℃左右，排煙溫度最高升至227℃穩(wěn)定。按上述方法進行操作，各參數(shù)均控制在規(guī)程范圍內(nèi)，未對布袋除塵器、脫硝及脫硫系統(tǒng)造成較大影響。

A空氣預(yù)熱器檢修結(jié)束后，手動盤車5 min左右，盤車感覺轉(zhuǎn)子較輕。試啟動空氣預(yù)熱器輔電機，電流比正常偏大7～9 A，且有波動，運行0.5 h后電流下降至正常值，排煙溫度下降至140℃。全面檢查無異常后，切換至主電機，運行正常。恢復(fù)一次風機、送風機運行，風煙系統(tǒng)各參數(shù)均正常，逐漸升負荷至正常值。

5 結(jié)論

1)容克式空氣預(yù)熱器單側(cè)停運是一種事故狀態(tài)下危險系數(shù)較高的運行狀態(tài)，措施不當會出現(xiàn)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子扭曲變形、尾部煙道再燃燒、燃燒不穩(wěn)甚至鍋爐滅火事故等問題。

2)通過加熱法提高熱端空氣側(cè)溫度，開啟空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)人孔門，利用負壓抽冷空氣降低煙氣側(cè)溫度，減少煙氣和空氣側(cè)溫度差，解決空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子扭曲狀變形問題，確保了單側(cè)空氣預(yù)熱器檢修工作的順利進行，檢修期間沒有出現(xiàn)設(shè)備損壞，機組各項參數(shù)均能控制在正常范圍內(nèi)。

3)通過進一步減低機組負荷，控制空氣預(yù)熱器入口煙氣溫度在250℃以下，一般可控制排煙溫度滿足廠家要求。

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