鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰原因分析及處理措施

段小云

（廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司，廣州 511340）

鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰原因分析及處理措施

段小云

（廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司，廣州 511340）

介紹了空氣預(yù)熱器堵灰的危害，針對(duì)廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司＃2鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰情況，分析造成空氣預(yù)熱器堵灰的主要原因，并采取針對(duì)性的處理措施，有效解決了空預(yù)器堵灰問(wèn)題，保證了鍋爐和機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組；空氣預(yù)熱器；堵灰；燃煤；氨逃逸

0 引言

空氣預(yù)熱器（以下簡(jiǎn)稱空預(yù)器）是鍋爐的重要組成部分，堵灰將嚴(yán)重影響其正常運(yùn)行，進(jìn)而影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?？疹A(yù)器堵灰不僅影響鍋爐運(yùn)行的安全性而且會(huì)導(dǎo)致鍋爐效率顯著降低、煙道阻力增大、風(fēng)機(jī)單耗明顯增加、排煙溫度升高。空預(yù)器堵灰嚴(yán)重時(shí)，機(jī)組帶負(fù)荷受限，還會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器壽命降低，因此，有效預(yù)防空預(yù)器堵灰顯得非常重要。

1 設(shè)備概況

廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司2×330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組＃2鍋爐由東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造，為亞臨界、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置的自然循環(huán)汽包爐，型號(hào)為DG1080-17.4-II6。鍋爐設(shè)計(jì)煤種、校核煤種參數(shù)及灰成分分析見表1。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)及灰成分分析

鍋爐配備容克式三分倉(cāng)空預(yù)器，型號(hào)為L(zhǎng)AP10320／2300，轉(zhuǎn)子直徑為10320mm，傳熱元件高度自上而下分別為300mm（熱端）、1 000mm（中間層）、1000mm（冷端），傳熱元件為搪瓷元件，其他為碳鋼，每臺(tái)空預(yù)器金屬質(zhì)量為435 t，其中轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量為316 t。

鍋爐同步安裝了選擇性催化還原（SCR）脫硝運(yùn)行裝置，設(shè)計(jì)入口煙氣中NOx質(zhì)量濃度為250～500 mg／m3，灰塵的質(zhì)量濃度不大于36.86 g／m3（設(shè)計(jì)煤、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基，6%含氧量）；保證NOx脫除率不小于82%，氨逃逸質(zhì)量濃度不大于3mg／L，SO2／SO3轉(zhuǎn)化率小于1%（在附加層催化劑投運(yùn)前，脫硝裝置NOx脫除率不小于80%（含80%），氨逃質(zhì)量濃度不大于5mg／L，SO2／SO3轉(zhuǎn)化率小于1%）。

2 事件經(jīng)過(guò)

空預(yù)器在330MW下煙氣側(cè)設(shè)計(jì)阻力為1 120 Pa，機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行后，空預(yù)器一直存在阻力較設(shè)計(jì)值偏大的問(wèn)題。2013年1月5日至8日，＃2鍋爐空預(yù)器阻力增長(zhǎng)尤為明顯（見表2）；1月8日，因空預(yù)器阻力過(guò)大已危害到機(jī)組的安全運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷受限，被迫停爐處理。

表2＃2鍋爐空預(yù)器阻力變化情況

機(jī)組停運(yùn)后對(duì)空預(yù)器冷端進(jìn)行了仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)＃2鍋爐空預(yù)器冷端各處換熱板上積灰非常嚴(yán)重，通流間隙明顯減少。對(duì)冷端結(jié)垢取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果為：該物質(zhì)含有鐵、鈣、溴等離子，溶于鹽酸（HCl）后測(cè)得硫酸根（SO42-）質(zhì)量濃度為3.12mg／L。

3 空預(yù)器堵灰原因分析

3.1 燃煤分析

從1月5日至8日＃2鍋爐入爐煤質(zhì)數(shù)據(jù)（見表3）可以看出，＃2鍋爐燃煤為水分略高、揮發(fā)分和熱值中等的煙煤。灰分偏高自然會(huì)增加在空預(yù)器積灰的概率，如果吹灰效果不佳，在一定程度上會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器阻力增大。

表3＃2鍋爐入爐煤質(zhì)分析

3.2 煙氣中含有水蒸氣及SO3

由于煙氣中含有水蒸氣，而煙氣中水蒸氣的露點(diǎn)（即水露點(diǎn)）一般為30～60℃，在燃料中水分不多的情況下，空預(yù)器的低溫受熱面上不會(huì)結(jié)露。但在燃燒過(guò)程中，燃料中的硫分有70%～80%的可能會(huì)形成SO2及SO3，其中SO3與煙氣中的水蒸氣形成硫酸蒸汽，而硫酸蒸汽的露點(diǎn)（也叫酸露點(diǎn)或煙氣露點(diǎn)）則較高。因此，煙氣中只要有少量的SO3，煙氣的露點(diǎn)就會(huì)提高很多，從而使大量硫酸蒸汽在低于煙氣露點(diǎn)的低溫受熱面上凝結(jié)，引起腐蝕。

3.3 空預(yù)器冷端壁面溫度偏低

機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，＃2鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)空預(yù)器的冷端壁溫在各種負(fù)荷下都會(huì)比煙氣露點(diǎn)高10℃以上，如果鍋爐燃燒所需的空氣經(jīng)過(guò)送風(fēng)機(jī)（出口風(fēng)溫在20℃以上）送往空預(yù)器，受熱面便不會(huì)發(fā)生低溫腐蝕。但在寒冷天氣，空氣潮濕，空預(yù)器冷端溫度，不但低于硫酸蒸汽露點(diǎn)，而且低于煙氣中水蒸氣的露點(diǎn)，導(dǎo)致大量的水蒸氣及稀硫酸液凝結(jié)，又由于煙氣中有大量灰分，灰分沉積在壁面時(shí)與水及酸液起化學(xué)反應(yīng)后發(fā)生硬結(jié)，將空預(yù)器堵死，影響鍋爐運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

3.4 煙氣中含有逃逸的氨氣

＃2鍋爐投產(chǎn)以來(lái)，脫硝系統(tǒng)SCR反應(yīng)區(qū)噴氨格柵附近保溫層及手動(dòng)閥門經(jīng)常泄漏，多次退出運(yùn)行；脫硝系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)不完善，同一臺(tái)鍋爐A，B側(cè)SCR出口NOx含量的調(diào)節(jié)相互影響，而且會(huì)影響另一臺(tái)鍋爐A，B側(cè)SCR出口NOx的調(diào)節(jié)；脫硝系統(tǒng)氨區(qū)與SCR反應(yīng)區(qū)距離太遠(yuǎn)，氨氣伴熱管管路太長(zhǎng)，伴熱效果不佳，SCR反應(yīng)區(qū)表計(jì)管道經(jīng)常堵塞，導(dǎo)致SCR反應(yīng)器氨氣流量、混合器進(jìn)口管道氨氣壓力及溫度不準(zhǔn)；SCR反應(yīng)器出口NOx含量、原煙氣中NOx含量和凈煙氣中NOx含量表計(jì)不準(zhǔn)；SCR反應(yīng)器出口NOx含量調(diào)節(jié)品質(zhì)差，波動(dòng)較大；為了保證脫硝效率達(dá)80%和凈煙氣出口NOx質(zhì)量濃度達(dá)60～100mg／m3，SCR反應(yīng)器出口沒有安裝氨逃逸測(cè)量表計(jì)，對(duì)不同負(fù)荷、脫硝效率和NOx質(zhì)量濃度下氨逃逸的情況完全未知，因此，煙氣中含有過(guò)量的逃逸氨。

SCR催化劑的氧化特性能把少量的SO2氧化為SO3，將會(huì)導(dǎo)致煙氣中SO3質(zhì)量濃度增加，SO3能和逃逸的氨反應(yīng)形成硫酸氫銨和硫酸銨。SO3質(zhì)量濃度較高時(shí)：NH3+SO3+H2O→NH4HSO4；NH3濃度較高時(shí)：2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4。此化學(xué)反應(yīng)一般發(fā)生于140～290℃，反應(yīng)速率的大小主要與溫度和煙氣中的NH3，SO3，H2O濃度有關(guān)，因此，在氨逃逸質(zhì)量濃度較高時(shí)，會(huì)在空預(yù)器處與SO3反應(yīng)形成硫酸氫銨或硫酸銨。硫酸氫銨或硫酸銨是一種黏附性很強(qiáng)和腐蝕性較強(qiáng)的物質(zhì)，140～290℃為液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的階段，具有極強(qiáng)的吸附性，易沉積在空預(yù)器的換熱元件表面上（尤其是在空預(yù)器的冷端），并吸附煙氣中的飛灰，加劇空預(yù)器的積灰堵塞。

3.5 空預(yù)器吹灰器疏水門設(shè)計(jì)不完善

空預(yù)器吹灰器疏水電動(dòng)門在程控投入時(shí)會(huì)自動(dòng)打開疏水，當(dāng)疏水溫度達(dá)到一定值（開關(guān)量）時(shí)自動(dòng)關(guān)閉；程控結(jié)束時(shí)，自動(dòng)打開疏水。由于空預(yù)器蒸汽吹灰管路較長(zhǎng)，吹脫硝系統(tǒng)、爐膛及煙道的時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，在此期間，空預(yù)器蒸汽吹灰管路會(huì)存在積水，可能進(jìn)入空預(yù)器煙氣側(cè)的冷端。分散控制系統(tǒng)（DCS）上沒有顯示空預(yù)器吹灰疏水的壓力和溫度，疏水電動(dòng)門是全開和全關(guān)型，不是氣動(dòng)調(diào)節(jié)型。

綜上所述，可以推斷＃2鍋爐空預(yù)器堵灰阻力偏大的主要原因是脫硝系統(tǒng)中氨逃逸量過(guò)大，次要原因是燃煤灰分偏高、環(huán)境溫度偏低、空預(yù)器吹灰疏水不徹底。

SCR出口NOx質(zhì)量濃度通過(guò)氨流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)進(jìn)行控制，但因閥門線性不佳，出口NOx質(zhì)量濃度呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)性，同時(shí)由于缺乏氨逃逸的有效測(cè)點(diǎn)，最終導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)中氨逃逸量過(guò)大。由于環(huán)境溫度偏低、空預(yù)器吹灰疏水不徹底，過(guò)量逃逸的氨在空預(yù)器冷端形成了高黏性的硫酸氫銨，加劇了冷端積灰，最終導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。

4 處理措施

4.1 對(duì)空預(yù)器轉(zhuǎn)子進(jìn)行高壓水沖洗

2013年1月8日因空預(yù)器阻力過(guò)大機(jī)組被迫停運(yùn)后，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行高壓水沖洗處理?？疹A(yù)器沖洗后必須脫水并徹底干燥后才能投入運(yùn)行，以防空預(yù)器再次投運(yùn)后發(fā)生受熱面腐蝕和堵灰。后期利用停爐機(jī)會(huì)，檢修人員進(jìn)入空預(yù)器內(nèi)部檢查冷、熱端傳熱元件是否堵灰。當(dāng)空預(yù)器堵灰時(shí)，對(duì)空預(yù)器轉(zhuǎn)子進(jìn)行高壓沖洗，以確?？疹A(yù)器受熱面清潔，防止堵灰加劇。

4.2 加強(qiáng)燃料管理

做燃煤采購(gòu)計(jì)劃時(shí)，選用灰分低、水分低、含硫量較低的煤種，嚴(yán)格控制高硫煤入廠；化學(xué)人員嚴(yán)格對(duì)入廠煤的含硫指標(biāo)進(jìn)行化驗(yàn)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。精心選擇合適的煤種和摻燒方式，防止高硫煤集中進(jìn)入鍋爐，減少SO2的生成，以減緩空預(yù)器堵灰。

4.3 加強(qiáng)燃燒調(diào)整，減少煙氣中SO3含量

煙氣中SO3的多少與燃料硫分、火焰溫度、燃燒熱強(qiáng)度、燃燒空氣量、飛灰的性質(zhì)與數(shù)量以及鍋爐受熱面的催化作用等因素有關(guān)。當(dāng)燃燒空氣量增加時(shí)，火焰中的氧原子質(zhì)量濃度增加，形成的SO3也增加，因此，運(yùn)行人員在運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)燃燒調(diào)整，精心操作、合理配風(fēng)，保持合適的過(guò)量空氣系數(shù)，減少SO3生成，從而最大限度地降低空預(yù)器的腐蝕和堵灰。尾部煙道的漏風(fēng)會(huì)使煙溫降低，也會(huì)引起腐蝕和堵灰，因而檢修人員要加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)，保證各人孔門、看火孔關(guān)閉嚴(yán)密，降低漏風(fēng)系數(shù)。

4.4 增加相關(guān)表計(jì)

4.4.1 加裝SCR出口氨逃逸質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)儀表

利用機(jī)組C修機(jī)會(huì)，在SCR出口加裝氨逃逸質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)儀表，使氨逃逸質(zhì)量濃度（脫硝裝置出口氨的質(zhì)量濃度）不大于5mg／L，防止過(guò)量噴氨逃逸，避免空預(yù)器堵灰。熱控檢修人員加強(qiáng)對(duì)脫硝系統(tǒng)SCR反應(yīng)器進(jìn)、出口NOx表和氨逃逸質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)儀表的校驗(yàn)工作，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，同時(shí)優(yōu)化SCR反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度的調(diào)節(jié)邏輯，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，以保證脫硝效率、凈煙氣出口NOx質(zhì)量濃度滿足環(huán)保要求且氨逃逸質(zhì)量濃度不會(huì)過(guò)高。

4.4.2 加裝空預(yù)器空氣側(cè)和煙氣側(cè)差壓表、露點(diǎn)儀表

利用機(jī)組C修機(jī)會(huì)，在空預(yù)器加裝一次風(fēng)、二次風(fēng)差壓表，煙氣側(cè)差壓表及露點(diǎn)儀表。鍋爐運(yùn)行中，運(yùn)行巡檢人員通過(guò)空預(yù)器的窺視孔觀察空預(yù)器冷端積灰情況，集控運(yùn)行人員加強(qiáng)對(duì)空預(yù)器出、入口空氣側(cè)一次風(fēng)差壓、二次風(fēng)差壓，煙氣側(cè)煙氣差壓及露點(diǎn)的監(jiān)視。當(dāng)發(fā)現(xiàn)空預(yù)器差壓異常增大時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)燃燒調(diào)整，將每班空預(yù)器吹灰1次改為2次，并做好記錄，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)聯(lián)系檢修人員進(jìn)行處理。4.4.3 加裝吹灰蒸汽溫度計(jì)，吹灰疏水門改型

利用機(jī)組C修機(jī)會(huì)，在空預(yù)器吹灰器進(jìn)汽前管道上安裝壓力表和溫度計(jì)。空預(yù)器吹灰疏水門由開關(guān)型改為調(diào)節(jié)型，吹灰疏水溫度通過(guò)疏水調(diào)門自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證空預(yù)器吹灰疏水溫度≥250℃?？疹A(yù)器吹灰時(shí)，當(dāng)疏水溫度≤235℃時(shí)，疏水調(diào)門應(yīng)保持一定的開度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證吹灰蒸汽溫度在300℃以上，使吹灰蒸汽保持一定的過(guò)熱度，防止吹灰管道內(nèi)的積水進(jìn)入空預(yù)器。

4.5 保證鍋爐排煙溫度不低于110℃

當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，通過(guò)調(diào)整燃燒方式和磨煤機(jī)運(yùn)行方式，使鍋爐排煙溫度不低于110℃，空預(yù)器冷端受熱面壁溫高于煙氣露點(diǎn)，硫酸蒸汽不會(huì)在金屬表面凝結(jié)，防止空預(yù)器堵灰。

5 結(jié)束語(yǔ)

廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司＃2鍋爐空預(yù)器堵灰的主要原因是脫硝系統(tǒng)中氨逃逸量過(guò)大，次要原因是燃煤灰分偏高、環(huán)境溫度偏低、空預(yù)器吹灰疏水不徹底。采取針對(duì)性的處理措施后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，后期停機(jī)檢查空預(yù)器未出現(xiàn)堵灰和結(jié)垢現(xiàn)象，解決了空預(yù)器堵灰和結(jié)垢問(wèn)題，提高了鍋爐空預(yù)器的安全性和可靠性，空預(yù)器的各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，保證鍋爐能夠長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2002.

［2］江麗芳.容克式空氣預(yù)熱器受熱面堵灰分析和對(duì)策［J］.鍋爐技術(shù)，2000，31（8）：29-32.

［3］李建輝.空氣預(yù)熱器堵灰原因分析及對(duì)策［J］.華北電力技術(shù)，2007（11）：35-36.

［4］張林，李陽(yáng)春.空預(yù)器堵灰的原因分析及處理措施［J］.熱力發(fā)電，2008，37（10）：43-45.

［5］張樹利，董務(wù)明.加脫銷裝置的空預(yù)器堵灰原因分析及對(duì)策［J］.熱電技術(shù)，2014，121（1）：12-16.

［6］鄔東立，王潔，張國(guó)鑫，等.660MW SCR脫硝機(jī)組空預(yù)器堵塞原因分析及對(duì)策［J］.浙江電力，2014（3）：46-50.

［7］張樹利，董務(wù)明，姚舜.鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰原因及對(duì)策［J］.發(fā)電設(shè)備，2014，28（5）：359-363.

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 621.2

：B

：1674-1951（2015）05-0050-03

段小云（1972—），男，四川廣安人，工程師，注冊(cè)安全工程師，從事電廠運(yùn)行管理工作（E-mail：18922367378＠163.com）。

2014-11-25；

2015-03-02