600 MW機組空氣預熱器堵塞原因分析及治理措施

黃國強，何雙江，劉軍來

(1.國電龍山發電有限責任公司，河北 邯鄲 056400；2.上海鍋爐廠有限公司，上海 200245)

某電廠2臺600 MW機組自2007年投運以來，空氣預熱器出現嚴重的堵灰現象，危及機組的安全運行，降低了鍋爐系統運行的效率?？紤]到目前乃至今后仍然難以采用原鍋爐設計煤種作為主燃料，為提高空氣預熱器的運行經濟性和安全性，對空氣預熱器進行改造，達到了空氣預熱器安全、可靠運行和提高鍋爐效率的目的。

1 空氣預熱器堵塞狀況

某電廠2臺600 MW機組，配置空氣預熱器為2-32.5VI(T)-2085 SMRC型回轉式空氣預熱器。該空氣預熱器轉子直徑為14.236 m，轉速為1.05 r/min，受熱面高度為2 085 mm，其中熱段層高度為1 000 mm、熱段中間層高度為730 mm、冷段層高度為305 mm。熱段層及熱段中間層采用FNC波形的加強型傳熱元件，冷段層采用NF6波紋板型傳熱元件，無鍍搪瓷。

1號機組于2007年1月投入運行，投運6個月后，發現空氣預熱器出現正壓運行的狀況，爐膛負壓大幅度波動，不能穩定運行。檢修中檢查發現熱段中間層傳熱元件積灰嚴重，外側4組傳熱元件盒基本堵死，灰垢顏色發黑有堅硬結瘤現象，用水浸泡后灰垢能夠軟化。兩年以后，由于冷端低溫腐蝕嚴重，冷端傳熱元件幾乎全部報廢，機組排煙溫度超過設計值30 ℃。

2 堵塞原因分析

2.1 煤質分析及硫酸露點溫度計算

機組投產后，由于煤炭市場緊張，鍋爐長期選用硫分較高的煤種，遠遠超出設計煤種。當燃煤硫分含量為0.95%時，煙氣的露點溫度約為101.8 ℃。當燃煤硫分升高時，直接導致煙氣的露點溫度升高。經過計算，如果燃煤硫分含量為2.39%左右時，煙氣露點溫度約為110 ℃。

2.2 傳熱元件腐蝕區域分析

燃煤燃燒生成大量SO2氣體，其中部分SO2氣體與煙氣中未燃盡的氧氣反應轉化為SO3，SO3和煙氣中水蒸氣結合，形成硫酸蒸汽，在經過空氣預熱器低溫段時，當煙氣溫度低于硫酸露點溫度，硫酸蒸汽凝結成腐蝕性液滴，吸附在預熱器金屬表面上，腐蝕低溫段金屬。金屬表面吸附硫酸液滴后，黏附性大大加強，使煙氣中灰分向金屬表面沉積速度加快，導致預熱器冷端堵灰。

實際煤種在鍋爐機組40%負荷工況下長期運行，排煙溫度過低，為106 ℃。若煤種含硫量為2.39%左右，根據硫酸露點溫度計算結果，煙氣側露點溫度為110 ℃，現計算煙氣側轉子的溫度場，繪出傳熱元件腐蝕區域示意，見圖1。原設計傳熱元件布置冷段層高度為305 mm，而硫酸腐蝕區域為整個冷段層(305 mm)和中溫段層下方的150 mm。

2.3 灰分分析

原設計煤種灰分含量為21.73%，但實際煤種灰分含量平均值為32.41%，最壞時為40%～45%，偏離設計值較大，在硫酸腐蝕區域極易粘附到硫酸液滴上造成積灰。省煤器冷灰斗處沒有設置排灰裝置，本應排出爐外的積灰隨煙氣進入空氣預熱器，加大了煙氣中飛灰濃度，惡化了空氣預熱器的運行環境，導致傳熱元件積灰更為嚴重。從飛灰采樣的灰樣來看，灰樣中粗大的灰粒較多，較大的灰粒進入空氣預熱器傳熱元件中更容易發生堵塞現象。

圖1 空氣預熱器轉子傳熱元件硫酸腐蝕區域示意

2.4 吹灰情況分析

通過以上分析得知，冷段層和部分熱段中間層傳熱元件受到硫酸腐蝕，最終導致冷段層和熱段中間層嚴重積灰，必須進行吹灰和水沖洗。冷段層內沾污灰分容易吹掃，堵灰不明顯，但是由于常規吹灰蒸氣在穿過冷段層后，蒸氣壓力喪失，無法清除留在熱段中間層的積灰，導致熱段中間層下部堵塞。

吹灰器在夜間機組低負荷時連續運行，導致過多的水蒸氣進入低溫煙氣，使得空氣預熱器傳熱元件表面凝結的硫酸濃度下降。硫酸剛開始凝結時濃度為75%以上的濃硫酸，腐蝕性不是很強，但較多水蒸氣混入煙氣中降低硫酸濃度，當硫酸濃度為25%～60%時，對金屬的腐蝕性大大增強，并使傳熱元件長期處在濕潤階段，吸附更多的積灰，造成堵塞。

2.5 暖風機投運情況分析

最低冷段綜合溫度通常需滿足以下2個條件。

a. 轉子冷端綜合溫度=空氣入口溫度+煙氣出口溫度≥138 ℃。

根據計算，實際轉子冷端綜合溫度=22.8 ℃+106 ℃=128.8 ℃，不滿足轉子冷端綜合溫度要求。

b. 最低冷端綜合溫度=(硫酸露點溫度-40 ℃)×2=(110 ℃-40 ℃)×2=140 ℃。

根據計算得知，排煙溫度過低，電廠應投運暖風機。但是從電廠的實際運行情況來看，僅在冬季使用暖風機，導致一年之中有較長運行時間存在硫酸結露的現象，造成空氣預熱器腐蝕和堵塞。

3 治理措施

根據該電廠空氣預熱器堵塞情況分析，以及今后長期無法改變燃煤煤質的情況，決定在保證空氣預熱器換熱效率基本不變的情況下，采取以下措施，以使空氣預熱器適應現有實際煤種，解決空氣預熱器堵塞的問題。

3.1 改造傳熱元件

將冷段傳熱元件高度增加至硫酸腐蝕區域以外，冷段傳熱元件高度由305 mm改成600 mm，采用上海鍋爐廠有限公司TC-1封閉流道波形的鍍搪瓷耐腐蝕材料傳熱元件，既容易吹掃，又耐腐蝕。熱段傳熱元件保留繼續使用，受空氣預熱器轉子高度的限制，中溫段傳熱元件更換為500 mm高的DU3波形傳熱元件，以確保換熱效率。傳熱元件改造前后對比如表1所示。

表1 傳熱元件改造前后對比

傳熱元件參數 原設計改造后熱段層傳熱元件波型FNCFNC傳熱元件材質SPCCSPCC傳熱元件高度/mm1 0001 000傳熱元件厚度/mm0.50.5熱段中間層傳熱元件波型FNCDU3傳熱元件材質SPCCSPCC傳熱元件高度/mm730500傳熱元件厚度/mm0.50.5冷段層傳熱元件波型NF6TC-1傳熱元件材質CORTEN搪瓷傳熱元件高度/mm305600傳熱元件厚度/mm1.01.2

改造后傳熱元件腐蝕區域全部發生在冷段層。當硫酸腐蝕區域積灰并造成阻力上升時，需要開啟冷端吹灰器進行吹灰，吹灰蒸汽可以吹透具有封閉流道的TC-1波形傳熱元件。

3.2 合理使用吹灰器

對空氣預熱器的運行阻力進行監控，當空氣預熱器阻力超過設計值30%以上時，應盡早使用高壓水沖洗，使阻力恢復到最低水平。正常工況下，吹灰器投運以每8 h吹灰一次為宜，不宜連續運行。吹灰蒸汽壓力不小于1.4 MPa，溫度不小于350 ℃。確保吹灰器疏水效果，避免在吹灰器運行時，蒸汽管道內的疏水進入空氣預熱器加重堵灰。

3.3 適時投運暖風機

當空氣預熱器出口煙氣溫度和進入空氣預熱器的送風溫度之和小于140 ℃時，應立即投運暖風機，不是只在冬季才投運。

3.4 降低飛灰含量

盡量降低煤粉細度，防止鍋爐燃燒后產生大顆粒的飛灰加重空氣預熱器堵灰，并在省煤器冷灰斗處設置排灰裝置，可大大降低進入空氣預熱器煙氣中的飛灰含量，預防堵灰。

3.5 其它措施

檢查空氣預熱器的清洗管、消防水管閥門，確認沒有水漏入空氣預熱器。當空氣預熱器進行水沖洗后，必須低負荷運轉送風機和引風機不低于3 h，確?？諝忸A熱器完全干燥后再重新投入使用。

4 結束語

通過分析可知硫分含量過高，排煙溫度過低是造成空氣預熱器堵塞的主要原因。在電廠使用實際煤種不變的情況下，通過采取對空氣預熱器傳熱元件改造，采用合理的吹灰方式，適時投運暖風機，并對清洗管消防管等輔助設備進行檢修等措施后，目前該電廠空氣預熱器堵塞的問題已解決。