空氣預(yù)熱器堵塞機(jī)理及防堵措施分析

付圣達(dá)，馬文良

（國(guó)家能源集團(tuán)華北電力有限公司廊坊熱電廠，河北 廊坊 065000）

引言

通常情況下空氣預(yù)器都會(huì)設(shè)置在鍋爐尾部，處于水蒸汽和硫酸蒸汽低溫?zé)煔鈪^(qū)域，環(huán)境較為惡劣，所以在火力發(fā)電廠系統(tǒng)運(yùn)行期間，空氣預(yù)熱器堵塞問(wèn)題較為常見(jiàn)。但造成空氣預(yù)熱器發(fā)生堵塞的原因較多，且通常由多因素共同作用影響。比如，在脫銷系統(tǒng)改造投運(yùn)的情況下，導(dǎo)致氨逃逸量提升，進(jìn)而在空預(yù)器流道當(dāng)中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使硫酸氫銨產(chǎn)生，進(jìn)一步使空預(yù)器受到沉積堵塞。在熱風(fēng)再循環(huán)運(yùn)行不夠合理的情況下，空預(yù)器冷端發(fā)生低溫腐蝕情況，進(jìn)而誘發(fā)沉積現(xiàn)象，產(chǎn)生堵塞問(wèn)題[1]。為解決空氣預(yù)熱器堵塞問(wèn)題，使火力發(fā)電廠系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及安全性得到有效提升，鑒于此本文圍繞空氣預(yù)熱器堵塞機(jī)理及防堵對(duì)策展開分析研究?jī)r(jià)值意義顯著。

1 空氣預(yù)熱器堵塞機(jī)理分析

在火力發(fā)電廠空氣預(yù)熱器運(yùn)行期間，如果發(fā)生堵塞問(wèn)題，則會(huì)引發(fā)各種風(fēng)險(xiǎn)情況，包括：流道阻力升高，并增加風(fēng)機(jī)功耗；換熱呈現(xiàn)惡化的情況，且排溫上升；使鍋爐壓力波動(dòng)加大；漏風(fēng)量增多[1-2]。

1.1 灰垢取樣成分分析

以某火力發(fā)電廠的機(jī)組為例，通過(guò)SCR 脫銷改造之后，運(yùn)行3 個(gè)月，發(fā)現(xiàn)機(jī)組出現(xiàn)明顯的空氣預(yù)熱器堵塞問(wèn)題，在對(duì)該機(jī)組空氣預(yù)熱器冷端換熱元件灰垢進(jìn)行取樣分析結(jié)果顯示：

1）對(duì)結(jié)渣位置進(jìn)行分析，其中氮（N）元素的來(lái)源在于SCR 反應(yīng)器出口位置逸出的氨氣，對(duì)灰樣當(dāng)中硫酸銨的含量比重進(jìn)行分析可得出這一結(jié)論[2]。同時(shí)，在添加比重高的還原劑的基礎(chǔ)上，會(huì)使NOx的排放量降低，進(jìn)一步使大量的氨氣逸散。

2）對(duì)催化劑層數(shù)增設(shè)，增設(shè)第三層或者第四層，會(huì)使煙氣當(dāng)中的三氧化硫（SO3）濃度升高。通常，銨鹽不會(huì)出現(xiàn)融化黏附的情況，究其原因主要是因?yàn)榱蛩徜@的熔點(diǎn)比較高。但若煙氣溫度突然降低，則會(huì)導(dǎo)致水蒸氣增加，在硫酸銨溶于水的情況下，便易附著在受熱壁當(dāng)中。

3）對(duì)于硫酸鋁來(lái)說(shuō)，其形成與灰顆粒當(dāng)中的鋁結(jié)晶礦物質(zhì)密切相關(guān)。基于溫度驟然降低的條件下，會(huì)使硫酸霧濃度急劇升高，兩者在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下，所產(chǎn)生的硫酸鋁便會(huì)附著于催化劑表面。此外，受到水蒸氣的影響，會(huì)使硫酸銨與硫酸鋁形成硫酸鹽二聚物，即灰樣當(dāng)中的銨明礬。其中的硫酸鈣，則在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生。

1.2 灰樣微觀形貌分析

針對(duì)原始灰樣進(jìn)行微觀形貌分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)中的亞微米球形顆粒被部分絮狀物包裹，使更大的顆粒形成。對(duì)于其中的絮狀物，主要由硫酸鹽構(gòu)成，受到煙氣溫度突然降低的影響，在水蒸氣增加的情況表，會(huì)使小顆粒灰分黏附在壁面之上。此外，針對(duì)選擇的區(qū)域展開DES 元素分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)域當(dāng)中存在硫（S）元素與氮（N）元素，進(jìn)而證實(shí)存在硫酸鹽。

結(jié)合分析結(jié)果可知，在氨氣逸散的情況下，會(huì)使分機(jī)葉片表面的硫酸鹽出現(xiàn)積累情況。當(dāng)然，使氨氣逸散的原因較多，其一，處于進(jìn)口煙氣當(dāng)中，NOx含量高，考慮到出口煙氣當(dāng)中的NOx濃度能夠有效降低，進(jìn)而使噴氨量增加；其二，進(jìn)口的煙氣當(dāng)中，NOx含量分布不夠均勻，會(huì)使局部NOx含量偏高情況發(fā)生，當(dāng)偏高的NOx信號(hào)反饋到脫銷控制系統(tǒng)時(shí)，會(huì)使噴氨量增加；其三，鍋爐運(yùn)行期間發(fā)生工況變化，在脫銷系統(tǒng)的噴氨量控制調(diào)節(jié)難以對(duì)工況變化作出及時(shí)響應(yīng)的情況下，會(huì)使氨逃逸量大大增加。

此外，因空預(yù)器冷端管壁溫度一般在60～70℃之間，低溫狀況則一般處于45～60℃之間。所以，在排煙溫度偏低的情況下，會(huì)大大提升煙氣含水量，進(jìn)一步和SO3發(fā)生反應(yīng)形成硫酸酸霧，當(dāng)在灰粒表面附著的情況下，會(huì)使灰粒的粘附力增加，使灰粒處于預(yù)器冷端管壁的沉積逐漸增加，日積月累，產(chǎn)生嚴(yán)重灰垢，最終便會(huì)導(dǎo)致空氣預(yù)熱器發(fā)生堵塞問(wèn)題。

2 空氣預(yù)熱器堵塞的相關(guān)防堵措施

2.1 合理?yè)交旄叩土蛉济?/h3>

針對(duì)硫含量不同的煤，根據(jù)一定的比例購(gòu)進(jìn)，然后合理?yè)交觳煌蚝康娜济?，使進(jìn)入爐膛的燃煤硫含量控制在小于1.49%，并以煙氣脫硫工藝為依據(jù)，使硫酸氫銨的生成量得到有效降低。

2.2 確保吹灰操作的合理性

在對(duì)空氣預(yù)熱器差壓變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，將空預(yù)器的積灰程度反映出來(lái)，以此當(dāng)作吹灰操作的重要參考依據(jù)，并對(duì)吹灰次數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整。在差壓偏大的情況下，可采取持續(xù)吹灰操作。此外，對(duì)于省煤器的吹灰裝置，需維持正常投運(yùn)，使空預(yù)器末端積灰有效減少，進(jìn)一步使流道阻力降低。

2.3 規(guī)范沖洗空氣預(yù)熱器進(jìn)行

針對(duì)部分特殊狀況，比如在積灰嚴(yán)重、差壓偏大的情況下，會(huì)使機(jī)組帶負(fù)荷的能力受到較大程度的影響。對(duì)此，電廠運(yùn)行工作人員在停機(jī)檢修過(guò)程中，需規(guī)范使用高壓水沖洗空氣預(yù)熱器。值得注意的是，在沖洗過(guò)程中，需合理控制沖洗方向，首先進(jìn)行“自下而上”的沖洗，進(jìn)一步進(jìn)行“自上而下”的沖洗，使灰垢淤積在換熱元件間隙的情況避免發(fā)生。在沖洗完成之后，需維持自然晾干狀態(tài)，或采取強(qiáng)制通風(fēng)吹干處理措施。此外，高壓沖洗水系統(tǒng)在線使用過(guò)程中，壓力需不小于25 MPa，由于壓力偏高，會(huì)對(duì)空氣預(yù)熱器蓄熱元件、密封造成較大的損壞狀況。因此，并非特殊情況，不建議采取高壓沖洗水系統(tǒng)對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行沖洗。

2.4 加強(qiáng)空氣預(yù)熱器循環(huán)風(fēng)防堵

有學(xué)者表示，針對(duì)空氣預(yù)熱器堵塞問(wèn)題，可改造空氣預(yù)熱器蓄熱元件，但采取該方法，在空氣預(yù)熱器運(yùn)行一段時(shí)間之后，堵灰現(xiàn)象再次出現(xiàn)，由此說(shuō)明空氣預(yù)熱器堵塞問(wèn)題沒(méi)有得到完全解決。還有學(xué)者表示可采取冷風(fēng)加裝暖風(fēng)器處理方法，雖然該方法能夠提升暖風(fēng)器的運(yùn)行效率，但暖風(fēng)器加熱運(yùn)行期間也存在一些缺陷，比如暖風(fēng)器易發(fā)生漏泄、在排煙溫度受到影響下使機(jī)組整體運(yùn)行效率降低等。對(duì)此，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)空氣預(yù)熱器循環(huán)風(fēng)防堵策略，即：

1）基于空氣預(yù)熱器冷端，選取1 個(gè)溫度偏低的部位，然后在此部位進(jìn)行1 個(gè)循環(huán)風(fēng)分倉(cāng)和循環(huán)風(fēng)機(jī)的設(shè)置，使熱風(fēng)在風(fēng)道內(nèi)持續(xù)得到驅(qū)動(dòng)循環(huán)。冷風(fēng)則處于空氣預(yù)熱器熱端進(jìn)行熱量的吸收，在產(chǎn)生大概為290 ℃熱風(fēng)的情況下，進(jìn)一步對(duì)空氣預(yù)熱器冷端進(jìn)行換熱處理，對(duì)冷端溫度比較低的金屬進(jìn)行加熱處理，以此增加1 個(gè)換熱設(shè)備，使空氣預(yù)熱器冷端金屬溫度分布不夠均勻情況得到有效減少，從而使空氣預(yù)熱器局部溫度偏低的情況得到有效預(yù)防控制。

2）在風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方面，使用變頻調(diào)節(jié)方式，以環(huán)境溫度、空氣預(yù)熱器冷端增加安裝的紅外測(cè)點(diǎn)測(cè)量得到的元件溫度情況為依據(jù)，對(duì)風(fēng)量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，使冷端蓄熱元件加熱的目標(biāo)得到有效滿足，進(jìn)而使風(fēng)機(jī)電耗得到降低。需注意的是，產(chǎn)生的熱風(fēng)會(huì)帶有一定的熱量，無(wú)需利用外部熱源對(duì)局部蓄熱元件進(jìn)行加熱，可以使能量最優(yōu)使用的目標(biāo)得到有效實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)于被加熱的部位，與煙氣側(cè)的蓄熱元件維持良好的連接關(guān)系，倘若此部位溫度偏低，則易出現(xiàn)結(jié)露的情況，進(jìn)而引發(fā)堵塞問(wèn)題。所以，需對(duì)此部位蓄熱元件的溫度適當(dāng)提升，以此使堵塞問(wèn)題得到有效避免，且無(wú)需應(yīng)用過(guò)多的熱量提升整體冷端溫度，進(jìn)一步使對(duì)排煙溫度的影響得到有效減輕。此外，在設(shè)置單獨(dú)分倉(cāng)格的條件下，能夠使熱量集中。

3 結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠空氣預(yù)熱器在運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)一些不良工況問(wèn)題，在未能得到有效解決的情況下，會(huì)引發(fā)空氣預(yù)熱器堵塞，使空氣預(yù)熱器運(yùn)行的可靠性及安全性受到很大程度的影響。因此，需明確空氣預(yù)熱器發(fā)生堵塞問(wèn)題的機(jī)理，合理?yè)交旄叩土蛉济?，確保吹灰操作的合理性，對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行規(guī)范沖洗，加強(qiáng)空氣預(yù)熱器循環(huán)風(fēng)防堵等?；鹆Πl(fā)電廠采用合理方式可以使空氣預(yù)熱器堵塞問(wèn)題得到有效預(yù)防控制，進(jìn)一步提升火力發(fā)電廠空氣預(yù)熱器運(yùn)行的可靠性及安全性。