火電廠空氣預(yù)熱器堵塞治理技術(shù)研究
——以高壓在線水沖洗系統(tǒng)為例

王鶴麒

（中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100040）

我國目前所應(yīng)用的空氣預(yù)熱器，一般是管式空氣預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、熱管式空氣預(yù)熱器和暖風(fēng)器四種形式。在300MW 及以上容量鍋爐和部分200MW鍋爐，一般采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，主要是受熱面轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器[1]?？疹A(yù)器在工作時(shí)會接觸到鍋爐排出的煙氣及其中所攜帶的顆粒型灰塵，長時(shí)間灰塵堆積即會形成堵灰。同時(shí)，空氣預(yù)熱器在基礎(chǔ)鍋爐排出煙氣中所攜帶的二氧化硫氣體時(shí)可能發(fā)生腐蝕，腐蝕后的物質(zhì)也會形成空氣預(yù)熱器的堵灰[2]。

1 項(xiàng)目概況

內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司5 號機(jī)組空氣預(yù)熱器采用的是豪頓華工程有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。SCR 脫硝系統(tǒng)改造后空氣預(yù)熱器蓄熱元件阻力明顯增加，且傳統(tǒng)蒸汽吹灰的疏通效果不明顯，使鍋爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗增加，還會造成風(fēng)機(jī)失速、機(jī)組無法滿負(fù)荷運(yùn)行等后果，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。為解決蓄熱元件阻力大的問題，受電廠委托，中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司計(jì)劃在5 號爐空氣預(yù)熱器中增加一套空氣預(yù)熱器在線高壓水沖洗系統(tǒng)，解決蓄熱元件堵灰的問題。

2 空氣預(yù)熱器沖洗技術(shù)對比

（1）傳統(tǒng)蒸汽吹灰器技術(shù)。傳統(tǒng)蒸汽吹灰器會煙道內(nèi)煙氣的較大波動，造成煙氣流程不均，且吹灰效果不明顯。吹灰器發(fā)生故障時(shí)不易排查，不易檢修。

（2）離線高壓水沖洗技術(shù)。離線沖洗需要在機(jī)組停機(jī)時(shí)人為沖洗，運(yùn)行局限性大。沖洗時(shí)不易將整個(gè)空氣預(yù)熱器蓄熱元件沖洗干凈。如果發(fā)生過度沖洗，還存在蓄熱元件受損的風(fēng)險(xiǎn)。另外離線沖洗水量較大，需同時(shí)配套排水措施。

（3）在線高壓水沖洗技術(shù)。在線高壓水沖洗系統(tǒng)滿足機(jī)組在運(yùn)行期間對鍋爐兩側(cè)空氣預(yù)熱器的在線高壓沖洗。通過一套PLC 系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、空氣預(yù)熱器堵塞程度，對沖洗水壓力、沖洗時(shí)間以及沖洗周期次數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足機(jī)組各工況下對空氣預(yù)熱器的沖洗要求。整個(gè)沖洗過程平穩(wěn)流暢，不會對預(yù)熱元件造成損壞。

3 該工程研究的技術(shù)原理

3.1 技術(shù)原理

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器積灰的輕重與波紋板的形勢和板間間隙的大小有很重要的關(guān)系。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器堵塞的產(chǎn)生，往往是由于鍋爐吹灰落入的渣塊卡在進(jìn)口板間狹窄通道內(nèi)，隨后再被飛灰沉積物堵塞[3]。當(dāng)空氣預(yù)熱器發(fā)生堵塞時(shí)，可采用高壓在線水沖洗技術(shù)清理空氣預(yù)熱器蓄熱片上的堵塞物。整套系統(tǒng)如圖1 所示?？諝忸A(yù)熱器在線高壓水沖洗裝置主要由一臺高壓柱塞水泵（可移動，多臺機(jī)組共用）、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、每臺空氣預(yù)熱器一套高壓槍管和配套的管閥組成。槍管布置在空氣預(yù)熱器冷端蓄熱元件下部，槍管要求較高的水平度。清洗噴頭為直噴、上沖式，在高速水流強(qiáng)烈的沖擊及楔劈作用下，將堵塞物從蓄熱元件上剝離，堵塞物經(jīng)高壓水沖洗流下，經(jīng)排水管放出，在一定的煙溫和霧化條件下，大量沖洗水隨煙氣蒸發(fā)，從而使冷段達(dá)到清洗目的。

該項(xiàng)目5 號機(jī)組空氣預(yù)熱器在線高壓水沖洗系統(tǒng)包含一臺高壓泵車（包含泵車的電控系統(tǒng)）、控制系統(tǒng)（A、B 側(cè)共用）、兩套高壓噴槍和噴槍執(zhí)行器（A、B 側(cè)），及供水系統(tǒng)的閥門、儀表等組成。

圖1 空氣預(yù)熱器在線高壓水沖洗系統(tǒng)示意圖

高壓泵車可移動，提供額定壓力為28 ～35MPa 的水壓；高壓噴槍布置在空氣預(yù)熱器冷端蓄熱元件下部，通過滑軌支撐噴槍和實(shí)現(xiàn)噴槍進(jìn)退；噴槍進(jìn)退執(zhí)行器安裝在空氣預(yù)熱器煙道外，通過焊接與槍管相連，進(jìn)退執(zhí)行器通過升降電機(jī)和絲杠按照一定沖洗步進(jìn)速度和停留時(shí)間進(jìn)行噴吹；整個(gè)高壓在線水沖洗洗系統(tǒng)就地PLC 控制，預(yù)留DCS 接口，可根據(jù)業(yè)主的需求設(shè)計(jì)，控制柜配備觸摸屏，方便業(yè)主操作。

噴槍槍管要求較高的水平度，沖洗噴嘴為線性液注噴嘴，蓄熱片上黏附的污垢在高速水流強(qiáng)烈的沖擊及楔劈作用下，從蓄熱元件上剝離，沖下來的污垢在高壓水沖洗流下，經(jīng)排水管放出。在一定的煙溫和霧化條件下，大量沖洗水隨煙氣蒸發(fā)，從而達(dá)到?jīng)_洗空氣預(yù)熱器的目的。

3.2 系統(tǒng)先進(jìn)性

（1）該設(shè)計(jì)可在不停機(jī)、不降負(fù)荷、非單邊隔離的條件下對空氣預(yù)熱器進(jìn)行沖洗。

（2）高壓水供應(yīng)系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)均配有就地控制柜，能夠?qū)崿F(xiàn)就地控制，也可以耦合到DCS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或遠(yuǎn)程、就地切換。

（3）高壓沖洗噴槍安裝在空氣預(yù)熱器蓄熱片冷段下方，可通過支撐導(dǎo)軌自由滑動，該沿空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子徑向覆蓋整個(gè)蓄熱片，噴槍上部布置兩排噴嘴，噴嘴間距布置合理，配合沖洗周期實(shí)現(xiàn)無死角沖洗。

（4）噴嘴為線性液注噴嘴，水柱動量高，線性好，能夠有效清除空氣預(yù)熱器蓄熱片上堅(jiān)硬的污垢。該設(shè)計(jì)采用的噴嘴內(nèi)芯為耐磨陶瓷內(nèi)芯，其洛氏硬度為HRA80-90，硬度僅次于金剛石，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過耐磨鋼和不銹鋼的耐磨性能，耐磨性能極好。其耐磨性相當(dāng)于錳鋼的266 倍，高鉻鑄鐵的171.5 倍，解決了目前在線水沖洗噴嘴壽命短的問題。設(shè)計(jì)沖洗水壓力30MPa 時(shí)，噴嘴出口流速約250m/s，噴嘴的動量高達(dá)354kg.m/s，能夠有效清除空氣預(yù)熱器蓄熱片上堅(jiān)硬的污垢，如圖2 所示。

圖2 沖洗水壓力與噴嘴水流速之間的關(guān)系

（5）防塵蓋布置、噴嘴布置、沖洗運(yùn)行控制，結(jié)合空氣預(yù)熱器蓄熱片進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。為了防止煙氣中的灰塵進(jìn)入噴嘴，設(shè)置防塵蓋，當(dāng)水沖洗裝置不投運(yùn)時(shí)，噴嘴退入防塵蓋內(nèi)，保護(hù)防塵蓋。合理設(shè)計(jì)防塵蓋間距和沖洗程控，使沖洗能夠覆蓋整個(gè)蓄熱片，實(shí)現(xiàn)無縫沖洗。

（6）獨(dú)特的執(zhí)行器箱體面設(shè)計(jì)和支撐輪設(shè)計(jì)，方便在線檢修、維護(hù)。執(zhí)行器箱體的蓋板設(shè)計(jì)成方便可拆卸的，待檢修維護(hù)噴槍、執(zhí)行器時(shí)，可方便打開執(zhí)行器，方便檢修、維護(hù)。

3.3 實(shí)施方案

（1）在空氣預(yù)熱器冷段下方某一位置相應(yīng)煙道壁打噴槍孔。（2）在空氣預(yù)熱器冷段下方安裝噴槍支撐軌道、防塵蓋，噴槍軌道借助空氣預(yù)熱器和煙道支撐進(jìn)行固定。（3）從噴槍孔處安裝噴槍，噴槍落在噴槍支撐軌道上，噴槍可以在軌道上自由滑動，方便沖洗時(shí)噴槍自由滑動。（4）噴槍進(jìn)退執(zhí)行器為一體化設(shè)計(jì)，整體到廠，預(yù)留執(zhí)行器與噴槍、進(jìn)水管道接口，安裝噴槍執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與噴槍進(jìn)行焊接。（5）安裝管道、控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、儀表閥門等。

4 防止本系統(tǒng)對自身及其他設(shè)備產(chǎn)生影響的措施

（1）空氣預(yù)熱器在線高壓水沖洗系統(tǒng)投運(yùn)后，保證槍管及噴嘴不被煙氣磨損或堵塞的措施：①槍管采用耐磨不銹鋼，厚度為10mm，提高自身的耐磨性。②系統(tǒng)設(shè)計(jì)有防塵蓋，當(dāng)系統(tǒng)不投運(yùn)時(shí)，噴嘴置于防塵蓋內(nèi)，防止噴嘴磨損和堵灰。③由于空氣預(yù)熱器的圓周漏風(fēng)，在槍管穿煙道壁處（煙道內(nèi)部分），槍管磨損嚴(yán)重，在該處專門設(shè)計(jì)了防磨瓦。

（2）空氣預(yù)熱器在線高壓水沖洗系統(tǒng)投運(yùn)后，保證空氣預(yù)熱器蓄熱元件不被吹損的措施：①采用進(jìn)口的液注噴嘴，射流線性度好，能保證液注不發(fā)生擴(kuò)散沖刷蓄熱片，吹損蓄熱片，沖洗時(shí)線性液注僅通過蓄熱片之間的通道，除去通道內(nèi)的污垢。②噴嘴射流動量結(jié)合蓄熱片鍍搪瓷工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。③結(jié)合噴嘴霧化特性及保持合適的噴嘴與蓄熱片間距，避免大粒徑霧滴直接沖擊蓄熱片。④空氣預(yù)熱器在線高壓水沖洗系統(tǒng)投運(yùn)后，保證電除塵等設(shè)備正常運(yùn)行不受影響。⑤嚴(yán)密監(jiān)視沖洗側(cè)空氣預(yù)熱器排煙溫度，沖洗過程中該側(cè)排煙溫度應(yīng)平緩下降，下降應(yīng)控制在10℃以內(nèi)，控制該側(cè)空氣預(yù)熱器出口排煙溫度不低于110℃。⑥洗過程中嚴(yán)密監(jiān)視電除塵二次電流及排灰情況，控制排煙溫度，防止因煙氣中腐蝕水大影響電除塵工作。⑦沖洗過程中，監(jiān)視空氣預(yù)熱器灰斗排灰管道排灰情況，發(fā)現(xiàn)灰量過大或灰中帶水，及時(shí)清理保證排灰暢通。

5 項(xiàng)目效果

經(jīng)第三方測試，空氣預(yù)熱器高壓在線水沖洗系統(tǒng)具有以下性能優(yōu)勢：（1）空氣預(yù)熱器阻力下降：投運(yùn)前空氣預(yù)熱器阻力為2.5kPa，投運(yùn)后阻力下降至1.2kPa。（2）系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)流暢，無卡澀現(xiàn)象。（3）系統(tǒng)靈活性高，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)沖洗壓力和周期。（4）沖洗水量?。涸诰€沖洗時(shí)煙氣溫度在300℃以上，沖洗水隨煙氣蒸發(fā)，無需排水措施。（5）安裝簡單。本體設(shè)備較小，安裝工期短。除煙道開孔外，其他設(shè)備可在鍋爐運(yùn)行中安裝完成。

6 結(jié)束語

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)研發(fā)的在線高壓水沖洗系統(tǒng)投入運(yùn)行后，機(jī)組空氣預(yù)熱器阻力由2.5kPa 降至1.2kPa；系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)無卡澀，相比同廠其他機(jī)組沖洗水系統(tǒng)的穩(wěn)定性高；PLC 控制系統(tǒng)操作簡單，靈活性高，可實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)沖洗時(shí)間和次數(shù)。與采用其他品牌在線沖洗系統(tǒng)的機(jī)組相比，單臺機(jī)組節(jié)約投資30 ～45 萬元；與離線水沖洗相比，離線水沖洗單臺機(jī)組運(yùn)行成本40 萬元/年，高壓在線水沖洗系統(tǒng)單臺機(jī)組運(yùn)行成本僅2 萬元/年，且能夠避免因空氣預(yù)熱器堵塞造成非計(jì)劃停機(jī)（若因空氣預(yù)熱器堵塞造成非計(jì)劃停機(jī)，電廠直接經(jīng)濟(jì)損失在50萬/次左右）。因此，高壓在線水沖洗系統(tǒng)以較低的投入達(dá)到了最佳的性能效果，是治理燃煤電廠空氣預(yù)熱器堵塞的最直接、有效、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案。