350 MW燃煤機(jī)組空氣預(yù)熱器壓差大原因分析及對(duì)策

穆福藝， 趙 凱

(河北涿州京源熱電有限責(zé)任公司，河北涿州 072750)

冬季工況下，為了防止鍋爐空氣預(yù)熱器(簡稱空預(yù)器)冷端低溫腐蝕和堵灰現(xiàn)象，北方普遍采用暖風(fēng)器系統(tǒng)提高空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫，使排煙溫度保持在酸露點(diǎn)以上。暖風(fēng)器系統(tǒng)通常采用輔汽聯(lián)箱供汽，疏水回收至爐側(cè)疏水箱或直接經(jīng)疏水泵回收至凝汽器或除氧器。但在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)暖風(fēng)器疏水不暢、極端天氣下暖風(fēng)器出力不足等問題[1]。袁建飛[1]針對(duì)暖風(fēng)器運(yùn)行存在的堵灰、腐蝕問題，提出了暖風(fēng)器完善優(yōu)化應(yīng)用的重點(diǎn)和技術(shù)措施。周超等[2]通過對(duì)暖風(fēng)器、疏水器進(jìn)行改造，并重新布置疏水系統(tǒng)、優(yōu)化運(yùn)行邏輯，提高了暖風(fēng)器及疏水系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。王榮等[3]分析了設(shè)置循環(huán)風(fēng)對(duì)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器性能和堵灰的影響，以及冷端堵灰的原因，并提出了優(yōu)化方案。蔡明坤[4]分析了設(shè)置循環(huán)風(fēng)對(duì)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器性能和堵灰的影響，并針對(duì)冷端堵灰提出了改進(jìn)方案。

筆者對(duì)冬季供熱期某350 MW燃煤機(jī)組空預(yù)器煙氣側(cè)壓差大進(jìn)行了分析，確認(rèn)二次風(fēng)暖風(fēng)器出力不足導(dǎo)致空預(yù)器最低冷端綜合溫度低于設(shè)計(jì)值，存在低溫腐蝕和堵灰的風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)暖風(fēng)器系統(tǒng)的改造，進(jìn)一步提高了空預(yù)器冷端溫度，減少了低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)暖風(fēng)器改造后對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響進(jìn)行了分析。

1 設(shè)備概況

機(jī)組采用2臺(tái)容克式、立式、三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，型號(hào)為29.5-VI(T)-2600-QMR，空預(yù)器相關(guān)參數(shù)見表1?？疹A(yù)器是利用鍋爐尾部煙氣熱量加熱空氣的熱交換設(shè)備，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，煙氣和空氣交替流過換熱元件，換熱元件從熱煙氣中吸收熱量，提高空氣溫度。

表1 空預(yù)器相關(guān)參數(shù)

一、二次風(fēng)均采用臥式 SD-XNFT-Ⅰ型暖風(fēng)器系統(tǒng)，暖風(fēng)器為手動(dòng)可旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器。暖風(fēng)器運(yùn)行時(shí)將暖風(fēng)器與風(fēng)向垂直，加熱風(fēng)溫；暖風(fēng)器停用時(shí)將換熱面旋轉(zhuǎn)閥按其本體所示的箭頭方向旋轉(zhuǎn) 90°并鎖緊，使其與風(fēng)向平行，以降低風(fēng)阻。

2 存在的問題

目前，2號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣側(cè)壓差偏高，壓差在1.8～3.0 kPa，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值(1.25 kPa)，也高于去年同期值(1.2～1.8 kPa)；1號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣側(cè)壓差在1.3～2.3 kPa，壓差比2號(hào)鍋爐空預(yù)器低。

圖1為2019年12月1日—2020年1月31日2號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣側(cè)壓差變化情況。

圖1 2019年12月1日-2020年1月31日2號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣測壓差變化情況

由圖1可以看出：2019年12月1日—2020年1月31日在同樣負(fù)荷下2號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣側(cè)壓差總體呈上漲趨勢。2020年1月2號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣側(cè)壓差最大值由2.7 kPa上升至3.0 kPa，1個(gè)月增長了0.3 kPa，到2020年3月空預(yù)器煙氣側(cè)壓差可能會(huì)進(jìn)一步上升，最高可能會(huì)達(dá)到3.3 kPa，影響機(jī)組運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

3 原因分析

表2為2號(hào)鍋爐氨逃逸檢測數(shù)據(jù)，表3為氨灰檢測數(shù)據(jù)。由表2及表3可以看出：2號(hào)鍋爐氨逃逸體積分?jǐn)?shù)基本維持在1.0×10-6以下，低于設(shè)計(jì)值(3.0×10-6)；氨灰的質(zhì)量比基本維持在65 mg/kg以下，低于設(shè)計(jì)值(100 mg/kg)，在線表監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示正常。但不能完全排除氨氣噴入過量問題，因?yàn)樽笥覀?cè)煙道各有一個(gè)氨逃逸測點(diǎn)，所測得的氨逃逸體積分?jǐn)?shù)不能代表整個(gè)煙道的情況，由表3可以看出2號(hào)鍋爐空預(yù)器氨灰質(zhì)量比有突增現(xiàn)象。

表2 2020-12-16 2號(hào)鍋爐氨逃逸檢測數(shù)據(jù)

表3 氨灰檢測數(shù)據(jù) mg/kg

運(yùn)行期間2臺(tái)鍋爐所燒煤種基本一致，不存在煤質(zhì)原因?qū)е?、2號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣側(cè)壓差偏差大的問題。

2號(hào)鍋爐空預(yù)器冷端吹灰壓力為1.20～1.26 MPa，熱端吹灰壓力為0.83～0.93 MPa，熱端吹灰壓力略高于設(shè)計(jì)吹灰壓力，符合設(shè)計(jì)要求。吹灰周期為8 h，不存在吹灰壓力不足或吹灰頻次過低導(dǎo)致空預(yù)器堵塞的問題?？疹A(yù)器吹灰前后壓差變化不明顯，沒有出現(xiàn)明顯降低。

根據(jù)煤的含硫量，得到空預(yù)器冷端平均壁溫運(yùn)行曲線(見圖2)。大部分燃煤的含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.5%，根據(jù)冷端溫度導(dǎo)則可知，冷端平均壁溫大于68.3 ℃即可滿足運(yùn)行要求。冬季空預(yù)器冷端平均壁溫最低為64.7 ℃，低于最低運(yùn)行溫度(68.3 ℃)，存在低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，這是造成空預(yù)器煙氣側(cè)壓差大的主要原因。

圖2 冷端平均壁溫運(yùn)行曲線

2020年3月下旬對(duì)換熱元件進(jìn)行整框架常規(guī)高壓水沖洗，表4為2臺(tái)鍋爐沖洗前后空預(yù)器煙氣側(cè)壓差變化情況。由表4可以看出：由于積灰嚴(yán)重，沖洗效果不明顯，沖洗后空預(yù)器煙氣側(cè)壓差并未下降。

表4 沖洗前后空預(yù)器煙氣側(cè)壓差變化情況

再次檢修時(shí)，將空預(yù)器換熱元件框架拆解后，發(fā)現(xiàn)沖洗前換熱元件堵灰嚴(yán)重(見圖3)。事實(shí)說明空預(yù)器煙氣側(cè)壓差大與低溫腐蝕和積灰相關(guān)，對(duì)換熱片逐片進(jìn)行沖洗，徹底清除積灰，沖洗后壓差恢復(fù)正常。

圖3 空預(yù)器換熱元件逐片沖洗前后對(duì)比

由于空預(yù)器煙氣側(cè)壓差增大，導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)煙系統(tǒng)的管道阻力特性曲線發(fā)生變化，存在風(fēng)機(jī)喘振風(fēng)險(xiǎn)。通過計(jì)算，引風(fēng)機(jī)全壓在4 700～6 400 Pa，風(fēng)體積流量在180～250 m3/s，根據(jù)引風(fēng)機(jī)特性曲線可知，引風(fēng)機(jī)處于安全運(yùn)行范圍。送風(fēng)機(jī)全壓在1 500～2 200 Pa，風(fēng)體積流量在88～120 m3/s，根據(jù)送風(fēng)機(jī)特性曲線可知，送風(fēng)機(jī)處于安全運(yùn)行范圍。

4 改造方案

在2臺(tái)送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道各加裝1臺(tái)暖風(fēng)器，汽源引自輔汽聯(lián)箱至原暖風(fēng)器加熱蒸汽母管，對(duì)送風(fēng)機(jī)出口冷二次風(fēng)預(yù)加熱后送至原暖風(fēng)器進(jìn)口，進(jìn)一步提高暖風(fēng)器出口風(fēng)溫。加裝的二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)圖見圖4。

圖4 新加二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)圖

5 實(shí)施效果

5.1 對(duì)空預(yù)器低溫腐蝕的影響

表5為改造前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比。由表5可以看出：在相同負(fù)荷下，改造后空預(yù)器進(jìn)口溫度提升明顯。

表5 改造前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

新加二次風(fēng)暖風(fēng)器投運(yùn)后，空預(yù)器煙氣側(cè)壓差較上一年同期有較大改善(見圖5)。2020年12月1日—2021年1月4日，1號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣側(cè)平均壓差為1.539 kPa, 2號(hào)鍋爐空預(yù)器煙氣側(cè)平均壓差為1.552 kPa，較上一年同期有了顯著降低，未出現(xiàn)空預(yù)器煙氣側(cè)壓差大幅升高的現(xiàn)象。

圖5 改造后空預(yù)器煙氣側(cè)壓差變化情況

冷端平均壁溫=(空預(yù)器進(jìn)口平均風(fēng)溫+未修正的空預(yù)器出口排煙溫度)/2，可算出2020年12月1日—2021年1月4日冷端平均壁溫，即1號(hào)鍋爐空預(yù)器78.591 ℃，2號(hào)鍋爐空預(yù)器74.516 ℃，相比于2019年12月1日—2020年1月4日冷端平均壁溫(1號(hào)鍋爐空預(yù)器76.903 ℃，2號(hào)鍋爐空預(yù)器71.23 ℃)有較大提升，低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)降低。

5.2 對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響

5.2.1 對(duì)風(fēng)機(jī)出力的影響

新加二次風(fēng)暖風(fēng)器投運(yùn)后，空預(yù)器煙氣側(cè)壓差降低，煙氣沿程阻力降低，理論可降低單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率N[5]為：

式中：qV為體積流量, m3/h，ρ為介質(zhì)密度, kg/m3，qm為質(zhì)量流量, kg/h；p為風(fēng)機(jī)全壓, Pa；η0為風(fēng)機(jī)內(nèi)效率，一般取 0.75～0.85，此處取 0.8；η1為機(jī)械效率，一般取 0.95～0.98，此處取 0.96。

投入新暖風(fēng)器后2臺(tái)空預(yù)器煙氣側(cè)的平均壓差減少0.301 kPa，理論上可降低單臺(tái)引風(fēng)機(jī)功率87.87 kW。

冬季新加暖風(fēng)器運(yùn)行4 個(gè)月(共計(jì)約2 900 h)，2 臺(tái)引風(fēng)機(jī)預(yù)計(jì)節(jié)電約50.96萬kW·h，節(jié)約成本約15.288萬元。

5.2.2 對(duì)鍋爐效率的影響

新加二次風(fēng)暖風(fēng)器對(duì)鍋爐熱效率產(chǎn)生了兩方面的影響：一方面，二次風(fēng)溫度升高，引起鍋爐熱效率提高；另一方面，鍋爐排煙溫度升高，引起鍋爐熱效率降低[6-8]。

鍋爐排煙溫度升高而引起鍋爐效率的變化量Δη1為：

式中：ty為空預(yù)器進(jìn)口煙氣溫度，℃；tk為不投暖風(fēng)器時(shí)空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫，℃；tpy為暖風(fēng)器投入前的鍋爐排煙溫度，℃；Δtk為暖風(fēng)器投入前后空預(yù)器進(jìn)風(fēng)的溫升，K[9-11]；k為排煙溫度每變化1 K的熱損失修正系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值0.54×10-3。

新加二次風(fēng)暖風(fēng)器投運(yùn)后，鍋爐熱效率變化量Δηg[12]為：

Δηg=Δη1+Δη2

(3)

式中：Δη2為鍋爐輸入熱量增加而引起鍋爐效率的變化量，%。

實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見表6。

表6 實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

將表6中參數(shù)代入式(2)可得Δη1=0.112%。

鍋爐輸入熱量增加而引起鍋爐效率的變化量Δη2為：

式中：ηg為暖風(fēng)器未運(yùn)行時(shí)鍋爐的效率，%，熱耗率驗(yàn)收(THA)工況下ηg=94.09%；qt為暖風(fēng)器吸熱量與單位燃料熱量的比值，%，α為空預(yù)器進(jìn)口處過?？諝庀禂?shù)，空預(yù)器進(jìn)口氧氣體積分?jǐn)?shù)為3.1%，經(jīng)計(jì)算空預(yù)器進(jìn)口處過?？諝庀禂?shù)為1.17，War為燃料收到基水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%，Qnet,ar為收到基低位發(fā)熱量，MJ/kg。設(shè)計(jì)煤種參數(shù)見表7。

表7 設(shè)計(jì)煤種參數(shù)

通過以上分析得出鍋爐暖風(fēng)器的運(yùn)行使鍋爐效率下降，導(dǎo)致發(fā)電煤耗增加0.337 5 g/(kW·h)，年增加燃料費(fèi)用約13.66萬元(冬季供電量為57 794萬kW·h，標(biāo)煤價(jià)為700元/t)。另外，應(yīng)考慮煙氣沿程阻力的減小對(duì)風(fēng)機(jī)出力的影響，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)節(jié)約成本約15.288萬元；由于空預(yù)器換熱元件阻力的減小使送風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性提高，進(jìn)一步彌補(bǔ)了新加暖風(fēng)器降低鍋爐效率帶來的成本消耗。

6 結(jié)語

冬季空預(yù)器冷端平均壁溫最低64.7 ℃，低于最低運(yùn)行溫度(68.3 ℃)，存在低溫腐蝕，這是造成空預(yù)器煙氣側(cè)壓差大的原因之一；可以通過新加暖風(fēng)器提高空預(yù)器冷端溫度，從而減少低溫腐蝕，減小空預(yù)器煙氣側(cè)壓差。

新加二次風(fēng)暖風(fēng)器后鍋爐效率下降，但煙氣沿程阻力減小使風(fēng)機(jī)出力減小，降低了廠用電率。

建議在機(jī)組檢修時(shí)，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行徹底清洗，并且必須符合清洗標(biāo)準(zhǔn)。

保證冷端平均壁溫達(dá)到設(shè)計(jì)要求，冬季根據(jù)環(huán)境溫度和所燒煤種及時(shí)投運(yùn)暖風(fēng)器，避免低溫腐蝕，根據(jù)情況可適當(dāng)提高輔汽聯(lián)箱壓力，保證暖風(fēng)器投運(yùn)效果。同時(shí)注意排煙溫度不能過高，防止排煙熱損失增大。