省煤器及脫硝系統的除灰改造設計

劉富宏

（揚州電力設備修造廠，江蘇揚州225003）

0 引言

江蘇常熟電廠600 MW機組鍋爐設備，采用的是哈爾濱鍋爐廠有限公司生產的 HG1952/25.4-YM1型、超臨界參數變壓運行直流爐、一次再熱、單爐膛、平衡通風、固態排渣型鍋爐，4臺BBD4360雙進雙出磨煤機正壓直吹式制粉系統，型號為31-VI(T)-SMR的容克式空預器，傳熱元件板型：熱端和中間層為FNC型(斜波紋)，冷端為NF6(直波紋)。燃燒煤種為神府東勝煤、混煤及大同煤，32只低NOX軸向旋流燃燒器采用前后墻布置、對沖燃燒。省煤器出口煙道未設置灰斗，機組投產后，發現空預器傳熱元件經常積灰堵塞，造成煙氣阻力嚴重偏高，在負荷為600 MW時，空預器煙氣阻力最大可達3.6 kPa，造成引風機電流偏大，爐膛壓力大范圍波動，影響了機組滿負荷運行，對機組運行的經濟性和安全性造成了一定的危害。在空預器高壓清洗后不到1周的時間內,煙道的煙氣阻力就快速升高，因此急需找到空預器積灰堵塞的原因，以便采取針對性的措施加以解決，從而保證機組安全經濟運行。

1 空預器積灰堵塞的原因分析

一般空預器積灰堵塞的原因有：（1）煙道內排煙溫度過底時，造成煙氣中露點升高，在空預器低溫段煙氣中水份部分析出，造成粉塵受潮積灰堵塞；（2）空預器蒸汽吹灰效果不明顯，蒸汽過熱量不夠，蒸汽帶水，致使飛灰黏結成塊而堵灰；（3）省煤器泄漏而未能及時停爐處理，造成空預器積灰嚴重。

針對本工程，基本排除以上3種可能，經過充分觀測和分析認為，造成空預器積灰堵塞的根本原因，是省煤器出口煙道未設置灰斗且無出灰裝置，部分粗灰粒進入空預器后，由于空預器的熱段和中間層為斜波紋，造成2 mm以上的粗灰粒不能隨煙氣帶走，堵塞在傳熱元件上，日積月累造成了空預器堵灰現象，繼而造成空預器阻力偏大。同時，在省煤器出口煙道內也發現大量積灰，積灰高度最大達0.5 m，省煤器出口煙道的焊縫也已出現裂紋，煙道變形漏灰，在每次停爐檢修期間，需對省煤器出口煙道內的積灰進行人工清理，不僅耗費人力物力，而且對生產環境也造成了污染。因此必須采取切實有效措施來消除空預器積灰堵塞和省煤器出口煙道積灰的問題，保障機組的安全穩定運行。

2 改造方案的選定

結合廠方的實際情況，經過充分調研論證，決定為每臺爐加裝省煤器灰斗及相應的除灰系統。針對除灰系統有3種輸灰方案：（1）將省煤器灰斗的飛灰輸送至電除塵一電場，與一電場的輸灰管匯合，實現省煤器飛灰與電除塵一電場飛灰的同步輸送；（2）為每臺爐的省煤器輸灰系統各單放一根管道將省煤器飛灰輸送至現有灰庫；（3）將每臺爐的省煤器飛灰采用氣力除灰方式輸送至各自的電除塵入口煙道。

方案1雖然可以使顆粒較大的省煤器飛灰與電除塵飛灰充分混合，有利于輸送并減少管道磨損，但考慮到省煤器灰斗輸灰管的垂直落差很大，達22 m左右，重力作用下的飛灰在下降管段易導致大量灰堵塞在水平管與垂直管連接處。更重要的是一旦省煤器飛灰輸送出現故障，不可避免的會對電除塵一電場的正常輸灰造成不利影響；方案2輸送距離過長，最長達500 m，同時加上省煤器飛灰本身不易輸送的特性，如采用方案2，不僅需要沿輸灰管道布置補氣裝置，而且勢必增大輸送的耗氣量，增加另外的輸送氣源設備（空壓機、干燥機等），加上管道設備，整體投資較大；在方案3中，省煤器灰斗的飛灰被直接輸送至電除塵入口煙道。這種布置方式，輸灰管道短，輸灰垂直距離小，而且由于電除塵入口煙道運行工況下，為負壓狀態，輸送極為容易。系統的耗氣量也少，無需增加額外的氣源設備，整體投資較低，最終選定第3種作為最終施工的改造方案。

根據既定的施工改造方案，每臺機組增設省煤器灰斗7只，同時考慮到脫硝系統飛灰的輸送，每臺機組設1套省煤器、脫硝飛灰輸送系統，每套飛灰輸送系統分A，B兩個子系統，每個子系統分2個輸送單元，省煤器 A側的4個灰斗和脫硝系統A側的3個灰斗，各構成A側子系統的兩個輸灰單元。同理，省煤器 B側的3個灰斗和脫硝系統的3個灰斗，各構成B側子系統的2個輸灰單元，每側的2個輸送單元，通過合用各側的1根輸送管道，將飛灰輸送到電除塵入口煙道（如圖1）。

3 系統設計要點分析

相對于電除塵的飛灰輸灰系統，本系統并不復雜，可控設備較少，控制部分相對簡單，但由于省煤器飛灰和脫硝飛灰的特殊性，在進行系統設計和輸送控制參數選擇時，幾個關鍵點必須引起重視，否則改造的系統不僅不能解決機組的固有問題，而且給新系統的安全運行留下隱患，具體在系統設計時，必須注意以下幾點：

（1）輸灰系統設計出力。目前燃煤供不應求，煤質多變，系統的設計出力應適當加大，留有足夠的余量。防止出現灰量加大而系統的出力不夠，繼而出現灰斗滿灰被灰壓塌的安全事故。本工程 BMCR工況下，單臺鍋爐燃煤量260 t/h，灰份15%，小時灰渣量：39 t/h，省煤器、脫硝灰量 (各按總灰渣量5%考慮)各為1.95 t/h，充分考慮輸灰系統的裕量，輸灰系統設計出力為：5 t/h。

（2）發送器的容積確定。發送器應具有足夠的容積，以盡量減少閥門動作時間，但也不宜過大，省煤器灰斗一般不大于0.5 m3，如果發送器容積過大，裝料時間稍有增加會造成瞬間物料輸送量過大，造成運行中堵管。系統的運行模式宜采用“少量多次”的發送方式進行，以盡量減少系統對電除塵系統和引風機的影響，同時每次輸送的相對少量的飛灰，能夠被煙氣順利帶到電除塵區，避免沉積在電除塵入口煙道處。本工程采用的發送器容積為0.3 m3。

（3）進料閥、出料閥的選用。由于省煤器、脫硝灰的理論溫度達400℃左右，進料閥、出料閥如采用氣囊密封式圓頂閥，必須采用冷卻水系統，以冷卻密封氣囊，這樣不僅系統復雜、投資較大。更重要的一點，一旦密封氣囊損壞，冷卻水會滲入發送器內，造成飛灰板結堵塞管道，給維護帶來困難。本工程中采用了復合澆鑄的雙金屬耐磨閘板門，這種閘板門不僅能保證系統的密封性能，同時具備耐高溫、高壓的特性。

（4）系統膨脹節的設計。由于省煤器、脫硝灰斗熱態時會產生較大的熱位移，徑向、軸向可達150 mm和280 mm，因此下料管上的伸縮節，不能采用普通形式的膨脹節，只能采用集伸縮和扭曲為一體、具備吸收三維方向熱位移的組合式膨脹節，以充分吸收灰斗熱位移的膨脹量。

（5）輸送器料滿判斷。通常情況下一般采用射頻導納式料位計，但在實際使用中，料位計并不可靠，易誤發信號，尤其在溫度高達400℃省煤器、脫硝灰斗中。故在本工程中，在每只灰斗、落灰管上各設置1只分度耐磨型熱電偶，用以取代料位計判斷灰斗料位情況，使用效果很好。

（6）輸送系統耗氣量的控制。主要考慮避免氣力除灰系統的氣量對引風機出力造成影響，在BMCR下，省煤器出口煙氣量：1 460 885 Nm3/h，引風機能力通風量：1 750 680 Nm3/h，本工程的氣力出灰系統運行最大耗氣量約為210 Nm3/h，引風機通風量僅增加萬分之1.4，在引風機正常運行工況范圍內，對于引風機的運行幾乎沒有影響。

4 系統改造后的運行效果

4.1 輸灰系統的運行

系統可由運行人員根據需要自主選擇手動或自動運行。在自動運行模式下，系統采用時間順序控制，各階段時間長度（如進料時間、等待時間、輸送時間等）可由運行人員根據實際情況進行調整。在系統測試時，根據系統滿負荷運行時的實際灰量，進料時間的設定值為1 min，輸送單元等待時間設定值為15 min，在此條件下測定的系統出力約1.8～2.5 t/h，說明系統的出力設計還有較大的裕量。同時自輸灰系統投運以來，未出現過一次輸送系統故障和管道堵塞現象，整個系統總體運行正常。

4.2 輸灰系統投運后空預器煙氣阻力情況

在安裝省煤器輸灰系統的1號爐的空預器清洗后，在機組負荷600 MW 情況下，測定空預器煙氣阻力為1.5 kPa，在連續運行40 d后，經測定壓差無明顯增大現象；而未安裝省煤器輸灰系統的3號爐在空預器清洗后，空預器煙氣阻力在不到1周的時間內即升高到 2.7 kPa (設計煙氣阻力為 1 kPa)。說明在1號爐在安裝省煤器輸灰系統后，粗灰粒大部分從省煤器灰斗排出，減輕了空預器傳熱元件的粗灰堵塞現象，從而有效降低了空預器的煙氣阻力。安裝有省煤器飛灰輸送系統機組的空預器的煙氣阻力和引風機電流，都回歸到了正常值，電除塵入口煙道的飛灰沉降淤積問題，也得到了有效解決。

5 結束語

測試顯示，在機組加裝了省煤器脫硝輸灰系統后，引風機電流與改造前相比平均下降25 A,按照鍋爐年運行6 000 h計算，1臺機組每年可節約用電2 650 038 kW h。按照每 kW h 0.35元計算，全年可節約1 007 014元（約101萬元），經濟效益極其顯著；系統改造后，空預器、引風機的安全經濟水平有了很大提高，自系統投運以來，空預器的煙氣阻力沒有明顯增大現象，引風機電流正常，脫硝輸灰系統未發生堵塞現象，電除塵入口煙道內的積灰現象也得到了有效消除，說明本次改造達到了預期的目的。

[1]張泰巖，王志偉，張營，等.電站鍋爐省煤器出口水溫變化對過熱器溫度影響的計算方法研究[J].電力科學與工程，2006，22（2）：14-16.Zhang Taiyan,Wang Zhiwei,Zhang Ying,et al.Effects of outlet water temperature variation of economizer on superheatertemperature in utilityboilers[J].Electric Power Science and Engineering,2006,22(2):14-16.