循環(huán)流化床鍋爐臥式光管空預器堵塞、漏風的原因分析與綜合治理方案

摘要：當前燃煤發(fā)電作為我國最主要的發(fā)電形式，面臨節(jié)能減排要求的日漸提升，鍋爐空預器的出口煙溫也越來越低，僅略高于酸露點的溫度。堵灰、漏風嚴重時則必須采取停爐的措施，嚴重影響了電廠的經(jīng)濟效益。對于內(nèi)蒙古西部的發(fā)電鍋爐，在冬季的情況下，空氣預熱器由于入口處空氣初始溫度偏低，低溫腐蝕積灰、漏風的問題也更加嚴重?？諝忸A熱器堵灰、漏風會影響機組高負荷運行，降低機組的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，因此，解決空氣預熱器的積灰、堵灰、漏風問題對于保障機組的正常穩(wěn)定運行有重要的意義。鑒于此，文章結(jié)合多年工作經(jīng)驗，對循環(huán)流化床鍋爐空預器堵灰、漏風原因及治理提出了一些建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐空預器;堵塞、漏風原因;預防措施

1引言

準能矸電公司二期2X330MW機組的采用的是東方鍋爐廠自主研發(fā)設(shè)計的亞臨界循環(huán)流化床（CFB）鍋爐，型號是DG-1177.17.4-Ⅱ，采用臥式光管空氣預熱器，于2011年9月30日并網(wǎng)發(fā)電。

我廠空預器設(shè)備的積灰腐蝕漏風現(xiàn)象經(jīng)過長期治理已得到了較大改善，然而空預器的腐蝕與堵灰是不可避免的，通過對我廠空預器長期觀察和分析，空預器堵塞和漏風的主要原因大概分為以下幾種。

1.1 空預器堵塞原因分析：空預器的低溫腐蝕和硫酸氫銨沉積現(xiàn)象是火電廠普遍存在的問題，盡管各個電廠在鍋爐設(shè)計、安裝和運行中都已充分考慮并采取了防止低溫腐蝕和脫硝空預器的對應(yīng)措施，但實際運行中仍然由于種種原因不能杜絕空預器堵塞問題，空預器的堵塞是一個多因素影響的過程。

1.1.1 由于空氣預熱器在煙道中的位置在除塵器上游，煙氣在流經(jīng)空預器之前沒有進過任何脫灰處理，煙中的含灰量較高，而空預器管的間隙非常窄，煙氣在流經(jīng)空預器時自然形成積灰。

1.1.2 煙氣偏流也會造成管箱積灰，若流場均勻性較差，出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，流速降低處容易大量積灰，一旦發(fā)生堵灰現(xiàn)象就會惡性循環(huán)直至完全堵死。

1.1.3 當空預器上游加入SCR脫硝設(shè)備之后，由于SCR中氨的量難以控制，造成一部分氨氣的逃逸，可以與煙氣中的SO2和水蒸氣反應(yīng)生成NH4HSO4，在空預器內(nèi)凝結(jié)粘附灰分。目前燃煤電廠一般會利用煙氣脫硝技術(shù)來處理煙氣，這其中以選擇性催化還原法為主，即SCR。而且通過在火電廠中加裝SCR裝置還能夠?qū)崿F(xiàn)對廢氣的有效凈化，但在實際燃煤電廠煙氣脫硝過程中易產(chǎn)生空氣預熱器堵塞問題，這種情況發(fā)生多是由于局部噴氨過量造成大量氨氣逃逸，由此而造成空氣預熱器的冷段部分硫酸氫胺結(jié)晶出現(xiàn)堵塞，影響空預器的運行效果。對于空預器而言，積灰和結(jié)露腐蝕往往是伴隨發(fā)生的，兩者相互促進。空預器積灰之后更容易吸附煙氣中的硫酸蒸汽和NH4HSO4，加劇腐蝕;而結(jié)露腐蝕產(chǎn)生的粘性鹽加重了積灰，形成惡性循環(huán)，最終導致空預器管間隙逐漸縮小直至完全堵死，我廠停爐檢查發(fā)現(xiàn)積灰呈黃綠色，為析出的酸性液體與煙氣中的飛灰混合產(chǎn)物，是嚴重的硫化現(xiàn)象。

1.2 空預器漏風原因分析

1.2.1 煙氣對管子路口處焊點的沖刷。由于煙氣中含有大量的灰塵顆粒，當煙氣進入預熱器管束時，便會對管子入口處造成磨損，鍋爐運行時間久了，管束入口處的焊點就會被磨掉，這樣未經(jīng)參與燃燒的空氣便從管束與管板的縫隙直接進入煙道隨煙氣排走。

1.2.2 煙氣對預熱器管壁的沖刷。當煙氣從一個非常大的空間進入預熱器管時，由于煙氣流動的空間突然變小，會增大煙氣流速，與煙氣中夾帶的灰塵和未燃盡的煤粒會加大對管子內(nèi)壁的磨損，長期以來，就有可能將管子磨破，使空氣漏入煙氣中，這又是造成預熱器漏風的一個主要原因。

1.2.3 空氣預熱器管箱之間密封不嚴，多根鋼管斷裂，或風道振動太大引起空預器內(nèi)鋼管焊口開裂，冷風漏到煙氣側(cè)，致使管箱內(nèi)局部產(chǎn)生微正壓，煙氣流通性降低，飛灰顆粒浮積在管箱內(nèi)。

1.2.4 低溫腐蝕對管壁的影響。因為煤在燃燒過程中會產(chǎn)生二氧化硫和三氧化硫氣體，雖然有爐內(nèi)脫硫設(shè)施，但不可能100%脫除。煙氣中的水蒸氣遇到三氧化硫便會產(chǎn)生酸煙霧，酸煙霧遇到溫度較低的預熱器管管壁時便會凝結(jié)成酸溶液，從而形成對預熱器管壁的腐蝕。

2空預器漏風、堵塞帶來的問題：

（1）空預器運行阻力增加，使送風機和引風機的耗電量增加，影響機組帶負荷能力，嚴重時將導致風機失速;

（2）空預器冷端結(jié)垢后，換熱能力降低，煙氣不能正常通過，造成排煙溫度升高，影響機組運行經(jīng)濟性;

（3）對于空氣預熱器，腐蝕和積灰往往是伴隨產(chǎn)生的，當空預器發(fā)生積灰時，更容易吸附煙氣中的硫酸蒸汽和NH4HSO4，積灰也為腐蝕提供了一個“溫床”，從而加重腐蝕，影響蓄熱元件的使用壽命。

（4）吹灰器使用頻繁，造成冷端和密封件吹損嚴重。

（5）堵塞造成腐蝕，腐蝕的結(jié)果會造成空氣預熱器管子泄漏損壞，造成嚴重漏風，引起燃燒工況惡化。嚴重時不得不經(jīng)常更換受熱面，既增加了維修工作量和材料損耗，又影響了鍋爐的正常運行，冷空氣進入煙氣側(cè)，還會降低煙溫，加速低溫腐蝕及堵灰的速度，從而影響鍋爐安全運行。

（6）空預器漏風最直接的影響就是風機電耗增大，廠用電率升高，影響機組的帶負荷能力，高負荷時，漏風可能導致三大風機出力不足，被迫降低負荷運行，加劇低溫腐蝕，導致一二次風量增加，排煙溫度降低，。低負荷時，空預器冷段溫度可能接近煙氣的露點溫度，加劇空預器冷段的低溫腐蝕，惡性循環(huán)。

3綜合治理方案

3.1安裝暖風器

鍋爐暖風器是利用汽輪機低壓抽汽加熱空氣預熱器進口空氣的熱交換器，一般安裝于風機出口與空氣預熱器入口之間，故又稱前置式空氣預熱器。加裝暖風器，使進入空氣預熱器的空氣溫度升高，空氣預熱器壁溫升高，從而可防止低溫腐蝕。

由于暖風器加熱原理為利用熱蒸汽加熱冷空氣，運行中有一些不足：

1）由于安裝在風道中，增加了風道的阻力，提高了一二次風機的耗電量。此問題可考慮旋轉(zhuǎn)暖風器（或抽屜式），夏季工況時減少換熱面積，降低風道阻力。

2）暖風器的加熱源為熱蒸汽，損失了一部分熱蒸汽的熱能，與此同時，暖風機的加入對排煙溫度影響較大，降低了整個機組的運行效率。在空預器后加裝低溫省煤器吸收此部分熱量，可適當回收部分損失。

3）暖風器容易發(fā)生漏泄，如果暖風機泄漏的汽、水帶入預熱器之后，加速腐蝕和堵灰。針對本體泄漏，可從設(shè)計、施工、運行等多方面進行風險規(guī)避。

3.2風量分切

在空預器本體上隔出一個循環(huán)風分倉，并安裝循環(huán)風道，利用循環(huán)風機帶動風道內(nèi)的空氣循環(huán)，空氣在循環(huán)風道中不斷循環(huán)，循環(huán)風在空預器熱端吸熱，生成300℃左右的熱風，熱風從下端進入空預器冷端，對冷端進行加熱，放出熱量，每循環(huán)一次完成一次吸放熱，相當于利用空預器熱端熱量加熱冷端。

3.3在線水沖洗

在線水沖洗對機組穩(wěn)定影響很大，必須注意每次在線水沖洗只能單側(cè)沖洗，禁止兩側(cè)空預器一起在線沖洗，以避免發(fā)生機組非停事故，整個沖洗過程必須保持機組負荷在百分之九十以上，以便煙氣具有足夠的熱量和流速來氣化并帶走空預器的高壓沖洗水，運行人員必須對空預器電流煙道的參數(shù)和引風機運行情況進行連續(xù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常立即停止沖洗。

3.4降低空預器的積灰腐蝕的有效預防措施

降低空預器的積灰腐蝕需要減少NH4HSO4的生成，即減少煙氣中SO2含量以及NH3的逃逸量。煙氣中的SO2包括來自入煤中的硫在爐膛通過高溫燃燒反應(yīng)及SCR催化劑的催化作用下生成的SO2，煙氣中還存在部分SO2，煙氣中的SO2經(jīng)過SCR裝置時，會生成SO2，使得SO2的總體積分數(shù)升高可高達10-4以上，易導致催化劑中毒。目前，降低煙氣中SO2含量的方法主要是采用堿性吸收劑。該方法是通過向爐膛內(nèi)或煙氣中噴入不同的化學物質(zhì)與SO2發(fā)生化學反應(yīng)，進而達到脫除SO2的目的。常用的化學物質(zhì)包括：堿性氧化物（氧化鎂、氧化鈣、堿如氨、氫氧化鈣、氫氧化鎂等），帶堿性的鹽類物質(zhì)（碳酸鈉或者天然堿），SO2的脫除效率能夠達到90%以上。這種使用吸收劑的方法能夠有效地降低煙氣中的SO2的含量。煙氣中氨的來源主要是逃逸的氨，可以從改造空預器本體以及控制脫硝系統(tǒng)氨逃逸2方面考慮，采取措施減少生成硫酸氫氨的危害。其中對空預器的改造主要包括：1）為了避免空預器中溫段下部至冷段間的溫度在NH4HSO4熔點溫度范圍內(nèi)，可將空預器傳熱元件設(shè)為二段布置，或者三段布置（熱端加防磨層），從而能夠避免NH4HSO4的沉積區(qū)域分段導致的局部嚴重堵灰現(xiàn)象發(fā)生。2）為了便于清除空預器堵灰，可采用大通道的波紋板作為空預器的冷段材質(zhì)。該方法能夠增大煙氣的流通截面，使NH4HSO4及其他灰塵雜質(zhì)等不易粘附于表面。3）搪瓷材質(zhì)表面較為光滑，不易黏附雜物，且易于清理，因此可采用在表面鍍搪瓷的方法增強換熱元件的抗黏附能力。4）空預器增設(shè)吹灰設(shè)備。采用過熱蒸汽為介質(zhì)，清除受熱面的積灰。吹灰設(shè)備主要有蒸汽吹灰器、激波吹灰器和聲波吹灰器。通常情況NH4HSO4露點為147℃，當環(huán)境溫度達到此溫度時，NH4HSO4以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散在煙氣中，NH4HSO4、是一種黏性很強的物質(zhì)，極易黏附在物體上難以去除，而且有較強的吸潮性，當溫度繼續(xù)升高至250℃以上，NH4HSO4、由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。我廠實際運行中鍋爐空預器冷端排煙溫度在110一150℃，所以NH4HSO4會隨著煙氣溫度的降低在空預器冷端區(qū)域不斷沉積，造成空預器差壓不斷上升。

3.5溫升法處理方法

溫升法處理空預器堵塞的原理是通過提高空預器冷端的排煙溫度到180一200℃，對運行方式進行調(diào)整，提升空預器冷端的排煙溫度到180～200℃，將NH4HSO4、由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或氣態(tài)。通過溫升法處理將NH4HSO4氣化來緩解空預器堵塞情況，從而降低空預器的差壓。此方法僅需對空預器排煙溫度進行調(diào)整控制，只要能采取有效措施保證附屬系統(tǒng)設(shè)備運行安全即可，處理過程相對安全可靠，同時能夠徹底清除空預器冷端區(qū)域NH4HSO4沉積，解決空預器差壓上升問題。

3.6定期監(jiān)測法

定期對運行中的空氣預熱器參數(shù)進行監(jiān)測，通過儀器監(jiān)測氧量變化算出空預器的漏風率，前后對比漏風率，對實際運行和停爐檢查檢修也將有很大幫助。

4停爐空預器堵塞、漏風的治理方案

4.1空預器漏風處理

采用啟動引風機負壓查漏法對管子進行撿漏，對發(fā)現(xiàn)泄漏的管子進行兩頭封堵。采用的方法為：對管子兩頭各封堵30cm的填充物，即先用硅酸鋁復合保溫材料對管子塞緊，然后用耐火可塑料封堵即可，或者加工空預器專用堵頭對兩端進行封堵。還可以對漏風管段進行加裝套管、補焊管口與管板處沙眼處或者更換新管處理。

4.2空預器堵塞的處理

管束經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)堵塞，不能用管道疏通機或硬質(zhì)鋼筋強行疏通，這樣易損壞管壁造成永久傷害。比較好的方式是用高壓水槍離線水清理，沖洗時做好污水的引流與排放工作，既要防止排水不暢導致的空預器煙道內(nèi)積水，也要防止沖洗污水未可靠收集處理而導致的環(huán)境污染，沖洗后要投入暖風器對空預器運行做好烘干工作，防止受熱面再次積灰、積塊或銹蝕，管束疏通開后，還需對管子進行撿漏。對空氣預熱器堵塞進行處理后，同負荷情況下，一次風機，引風機電流都有所下降，一次風量得到了提高，鍋爐帶負荷能力增強，鍋爐效率得到了提高。當空預器管束堵塞超1/3時，則應(yīng)考慮更換空預器，此時由于管束封堵較多，就很難滿足燃燒對風量的要求了。

5結(jié)束語

節(jié)能、降耗、減排成為當前社會的主題，如何解決充分利用設(shè)備的特性、提高能源利用效率是發(fā)展的主要方向。在這樣的情況下，研究如何保證和提高空預器充分利用熱能，減少熱損失，保障其運行效率，是提高鍋爐效率的主要手段。通過對管式空氣預熱器堵塞、漏風原因的查找及處理，使我們對空氣預熱器的重要性有了更深的認識。在今后的工作中，需要繼續(xù)進行總結(jié)經(jīng)驗，更有效地做好工作。

【參考文獻】

[1]白世雄，李曙軍，袁東輝，韓元，楊光，朱愉潔.循環(huán)流化床鍋爐管式空預器堵塞分析[J].環(huán)境與發(fā)展，2018，30（12）：87-88.

[3]宋舉星，王龍林，紀明軍.300MW等級循環(huán)流化床機組暖風器設(shè)計選型探討[J].建材與裝飾，2017（45）：192-193.

[4]張建忠.循環(huán)流化床鍋爐管式空預器防低溫腐蝕和冷渣器凝結(jié)水余熱綜合利用[J].山西電力，2017（02）：66-69.

[5]劉琦，徐鋼，董偉，鄭磊，楊志平，劉文毅，陳晨.300MW循環(huán)流化床鍋爐空氣預熱器熱風再循環(huán)研究[J].電站系統(tǒng)工程，2017，33（01）：24-28.

作者簡介：薛磊（1986.10 -），男，內(nèi)蒙古呼和浩特市清水河縣喇嘛灣鎮(zhèn)，本科，助理工程師，研究方向：電站鍋爐尾部受熱面檢修和焊接