如何降低空氣預(yù)熱器運(yùn)行中出入口差壓

大唐彬長(zhǎng)發(fā)電有限責(zé)任公司 陜西 咸陽(yáng) 713602

1 引言

空氣預(yù)熱器是火力發(fā)電廠的重要設(shè)備。它的主要功能是利用鍋爐尾部的煙氣熱量來(lái)加熱燃燒所需的空氣從而進(jìn)行熱量交換的設(shè)備。由于它在煙氣溫度最低的區(qū)域工作，因此可以回收煙霧氣體的熱量，降低了排氣溫度并減少了排氣的熱損失，從而提高了鍋爐效率。與此同時(shí)，燃燒空氣溫度的升高有利于燃料，并減少了不完全燃燒的損失?？諝忸A(yù)熱器的壓差是空氣預(yù)熱器運(yùn)行中的重要監(jiān)控參數(shù)?？諝忸A(yù)熱器的壓差可以反映空氣預(yù)熱器內(nèi)部灰分的積聚和內(nèi)部熱交換器元件的堵塞情況。如果空氣預(yù)熱器的壓差太大，則空氣預(yù)熱器出口處的一次和二次空氣溫度將降低，鍋爐排氣溫度將升高，鍋爐效率將降低，這將導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)的功耗增加，并容易導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)失速。在嚴(yán)重的情況下，引風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)和主風(fēng)扇會(huì)起風(fēng)或風(fēng)扇跳閘，這會(huì)影響設(shè)備的安全。

2 空氣預(yù)熱器運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查

做調(diào)查的公司使用的是上海鍋爐廠空氣預(yù)熱器公司生產(chǎn)的容克型三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器。該設(shè)備的傳熱元件由波浪形的金屬薄板和定位板組成，該金屬薄板和定位板彼此疊置緊密的排列在籃子框架中，行程了一個(gè)密制的傳熱面。其傳熱原理是通過(guò)轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，緩慢地?cái)y帶傳熱元件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。傳熱元件從煙氣側(cè)的熱煙氣吸收熱量，并且通過(guò)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，連續(xù)不斷的把已經(jīng)加熱的傳熱元件中的熱量傳遞到來(lái)自空氣側(cè)的冷空氣中，從而加熱空氣。

該公司的脫硝系統(tǒng)采用的是氨的選擇性催化還原方法。經(jīng)過(guò)環(huán)保的超低排放改造后，隨著氨注入量的增加和設(shè)備使用壽命增的加，空氣預(yù)熱器進(jìn)出口差壓在正常運(yùn)行的過(guò)程中有明顯的上升趨勢(shì)。與以前的操作相比，滿負(fù)荷宮鎖狀況下的空氣預(yù)熱器差壓最高可以達(dá)到2.1KPa，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)要求的滿載不大于1.1KPa，排氣的溫度也升高了11度，引風(fēng)機(jī)的電流也隨之上升20A，對(duì)設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)行和公司的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)產(chǎn)生了很大的影響。

3 空氣預(yù)熱器運(yùn)行問(wèn)題產(chǎn)生的原因分析

空氣預(yù)器液態(tài)硫酸氫氨附著在表面和積灰堵塞是空氣預(yù)熱器出入口差壓增大的主要原因，而造成空氣預(yù)熱器積灰嚴(yán)重的原因主要有以下幾個(gè)方面：(1)空氣預(yù)熱器入口空氣動(dòng)力場(chǎng)分布變化。因?yàn)闊煔庠诳諝忸A(yù)熱器當(dāng)中流速十分緩慢，無(wú)法達(dá)到煙氣流速的設(shè)計(jì)值。當(dāng)煙道氣通過(guò)空氣預(yù)熱器時(shí)，會(huì)引起灰分積聚；同時(shí)，由于氣流的干擾，煙氣中攜帶的煙灰顆粒會(huì)沉積在受熱面上，形成疏松的煙灰堆積層。(2)空氣預(yù)熱器吹灰效果不好。因?yàn)榭諝忸A(yù)熱器吹灰器的設(shè)計(jì)壓力，無(wú)法去除已經(jīng)附著在空氣預(yù)熱器表面上的硫酸氫銨，同時(shí)由于設(shè)備的缺陷使假吹灰無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果。這就導(dǎo)致空氣預(yù)熱器中吸附的灰塵吹無(wú)法及時(shí)清理，使空氣預(yù)熱器中的灰分積累逐漸增加，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器阻塞，最終使更多煙氣中的灰塵留在空氣預(yù)熱器中，這嚴(yán)重阻礙了煙氣的流動(dòng)。使空氣預(yù)熱器入口壓差逐漸增大。(3)低溫腐蝕。硫燃燒產(chǎn)生二氧化硫，在催化劑的作用下，二氧化硫被進(jìn)一步氧化形成三氧化硫。煙道中的三氧化硫和水蒸汽相互作用優(yōu)惠生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽的存在顯著增加了煙氣的露點(diǎn)。因?yàn)榭諝忸A(yù)熱器中的空氣溫度低，所以預(yù)熱器部分的煙氣溫度不高，并且壁溫通常低于煙氣的露點(diǎn)。這樣，硫酸蒸汽將凝結(jié)在空氣預(yù)熱器的加熱表面上。由于酸的腐蝕性，導(dǎo)致預(yù)熱器的儲(chǔ)熱元件的表面受到腐蝕不再光滑，從而為煙道中的灰塵堆積創(chuàng)造了更有利條件。(4)氨逃逸率超標(biāo)?？諝忸A(yù)熱器中的灰分阻塞是由硫酸氫氨和附著在空氣預(yù)熱器加熱面上的灰分的混合物引起的。由于在煤燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙道氣包含硫化物等，并且注入爐中的氨氣不可能與煙道氣中的NOx完全反應(yīng)，并形成氨逃逸。逸出的氨與煙氣中的水蒸氣和SO3反應(yīng)形成氨硫酸氫。呈鼻涕狀的硫酸氫氨會(huì)附著在空氣預(yù)熱器熱交換元件的表面上。當(dāng)煙氣中的灰塵通過(guò)空氣預(yù)熱器的熱交換元件時(shí)，會(huì)被硫酸氫氨不斷地卡住，這就會(huì)阻塞空氣預(yù)熱器的內(nèi)部，壓差也會(huì)隨之會(huì)增加。(5)空氣預(yù)熱器冷端綜合溫度低。硫酸氫氨在150-200℃的溫度范圍內(nèi)是液體，在150℃以下責(zé)呈固體形式。液體硫酸氫氨是一種具有極強(qiáng)粘度的呈鼻涕狀的流體物質(zhì)。很容易沉積在空氣預(yù)熱器的熱交換元件表面上，并且將煙灰捕集在煙道氣中，加劇了熱交換元件的灰分阻塞。而在空氣預(yù)熱器的中低溫區(qū)域，在該溫度區(qū)域形成非常粘的熔融鹽狀沉積物。(6)煤質(zhì)含氮、硫量過(guò)高。當(dāng)燃料類型的NOx較高時(shí)，氨的噴射量隨之增加。逸出的氨更多的與硫酸反應(yīng)生成硫酸氫銨或硫酸銨。液態(tài)硫酸氫氨與煙氣中的粉煤灰顆?；旌?，當(dāng)煙氣流過(guò)空氣預(yù)熱器管道時(shí)，逐漸在空氣預(yù)熱器的儲(chǔ)熱元件上沉積，形成具有強(qiáng)附著力的熔融鹽狀灰。伴隨著NH3和SO3濃度的增加，硫酸氫銨的露點(diǎn)溫度也隨之升高，并且形成更多的液態(tài)硫酸氫銨。(7)鍋爐暖風(fēng)器及四管泄漏。空氣預(yù)熱器并不是完美的設(shè)備，存在一定的缺陷，這些缺陷導(dǎo)致空氣預(yù)熱器的受熱面在水蒸氣通過(guò)時(shí)很容易將灰附著在表面形成積灰。長(zhǎng)此以往，就是導(dǎo)致空氣預(yù)熱器中的積灰量越來(lái)越高，出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞的現(xiàn)象。這就要從空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)原理出發(fā)，尋找解決辦法。

4 運(yùn)行中降低空氣預(yù)熱器出入口差壓的措施

4.1 實(shí)施步驟 首先將設(shè)備的負(fù)荷降低至約315 MW，打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)出口聯(lián)絡(luò)擋板，逐漸關(guān)閉小風(fēng)扇葉片，同時(shí)停止單側(cè)送風(fēng)機(jī)。手動(dòng)逐漸關(guān)閉待處理空氣預(yù)熱器出口處的熱二次風(fēng)擋板，直到完全關(guān)閉為止。將待處理側(cè)空氣預(yù)熱器的排氣溫度提高到200℃，并控制空氣預(yù)熱器的排氣溫度為待處理側(cè)每分鐘上升一次，上升約0.5℃，溫度每上升10℃穩(wěn)定5分鐘。注意監(jiān)控兩個(gè)空氣預(yù)熱器的電流和鍋爐的燃燒情況。(1)停機(jī)檢修。需要停機(jī)更換空氣預(yù)熱器的蓄熱元件，將廢舊的原件進(jìn)行徹底處理。但這種方法有很大的弊端，并且受電網(wǎng)負(fù)荷影響很大，檢修工期較長(zhǎng)，備品備件消耗巨大，同時(shí)還會(huì)影響發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量，成本過(guò)高，降低了工廠的積極效益。(2)在線高壓水沖洗。采用內(nèi)這種方法，沖洗水壓力可以達(dá)到60 MPa。該方法沖洗成本高，沖洗方法控制不當(dāng)會(huì)損壞空氣預(yù)熱器的熱預(yù)原件。不完全沖洗還會(huì)導(dǎo)致堵塞增加。存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，不能完全解決空氣預(yù)熱器堵塞的問(wèn)題。(3)溫升法。溫升法用于蒸發(fā)硫酸氫銨，以緩解空氣預(yù)熱器的堵塞，從而降低空氣預(yù)熱器的壓差。該方法僅需要調(diào)節(jié)和控制空氣預(yù)熱器的排氣溫度，加工過(guò)程相對(duì)安全可靠。不僅可以采取有效措施確保輔助系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行，同時(shí)可以完全去除空氣預(yù)熱器沉積冷端區(qū)域的硫酸氫氨，解決了空氣預(yù)熱器壓差上升的問(wèn)題。

前兩種方法會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，處理成本過(guò)高，經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)行周期后就會(huì)失效，不能完全解決空氣預(yù)熱器堵塞的實(shí)際問(wèn)題。綜合各種實(shí)際情況，最終得出結(jié)論：通過(guò)減少空氣預(yù)熱器高壓側(cè)的一次風(fēng)和二次風(fēng)流量，將空氣預(yù)熱器的排氣溫度提高到200℃左右，促使附著在空氣預(yù)熱器中低溫段的硫酸氫氨在高溫下分解，最終達(dá)到減小空氣預(yù)熱器壓差的效果。

4.2 具體措施 根據(jù)空氣預(yù)熱器造成出入口差壓過(guò)高的幾種原因通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，也尋到到了幾種可以有效降低運(yùn)行中空氣預(yù)熱器出入口差壓的措施。(1)硫酸氫氨的氣化溫度為150℃～230℃，根據(jù)這一特點(diǎn)適當(dāng)提高空氣預(yù)熱器冷端溫度，使通過(guò)的硫酸氫氨由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或氣態(tài)，空氣預(yù)熱器的堵塞現(xiàn)象將就會(huì)明顯減輕；(2)可以在空氣預(yù)熱器中低溫段的蓄熱元件表面噴涂搪瓷蓄熱元件，因?yàn)樘麓尚顭嵩梢猿惺?00℃以上的高溫，因此對(duì)空氣預(yù)熱器的蓄熱元件沒(méi)有影響；(3)在增加空氣預(yù)熱器排煙的溫度之后，空氣預(yù)熱器的熱端和冷端之間的溫度差隨之變小?？刂瓶諝忸A(yù)熱器排氣溫度的升高速度可以控制空氣預(yù)熱器的蘑菇變形，避免由于空氣預(yù)熱器動(dòng)靜部分摩擦造成空氣預(yù)熱器卡澀。通過(guò)以上的幾種方法，合工廠生產(chǎn)中的實(shí)際情況，對(duì)降低空氣預(yù)熱器運(yùn)行中出入口差壓有一定的幫助作用，可以提高工廠生產(chǎn)的效益，降低設(shè)備消耗，減少生產(chǎn)成本，提高積極效益

5 結(jié)語(yǔ)

空氣預(yù)熱器是火力發(fā)電廠的重要輔助設(shè)備。它可以有效地減少不完全熱損失，更有利于爐內(nèi)燃料的燃燒。同時(shí)，空氣預(yù)熱器還減少了廢氣的熱損失并提高了鍋爐效率。但是，空氣預(yù)熱器中液態(tài)硫酸氫銨的粘性和灰燼的堵塞嚴(yán)重影響了空氣預(yù)熱器的傳熱效率，增加了對(duì)空氣預(yù)熱器中煙氣流動(dòng)的阻力，并增加了引風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器的能耗，嚴(yán)重時(shí)直接威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。通過(guò)對(duì)空氣預(yù)熱器壓差升高原因的分析研究，并通過(guò)多次試驗(yàn)分析，得出結(jié)論：在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)熱解降低空氣預(yù)熱器壓差是一種有效的方法，不僅可以降低空氣預(yù)熱器的壓差，還可以最大程度地減少因機(jī)組停機(jī)而造成的經(jīng)濟(jì)損失，為工廠帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。