600MW 火電機組空氣預熱器積灰與在線處理

解文利

（武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司 發(fā)電運行部 山西 長治 046300）

近年來，我國的電力工業(yè)發(fā)展迅速，取得了巨大的成就，正向著大機組、高參數、大電網、高電壓、高度自動化方向迅猛發(fā)展。我國現裝機容量已達到5.82億kW，并且還在穩(wěn)步增長，目前我國發(fā)電機組已進入了600MW、100MW、120MW 高負荷、大容量時代。而選配裝機容量達600MW 或更高容量機組的鍋爐時，一般采用構造緊密、體積小、金屬耗量較少的回轉式又稱容克式空氣預熱器。武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司#1、#2號機組（600MW）鍋爐是武漢鍋爐廠生產的亞臨界強制循環(huán)鍋爐，其配置了三分倉容克式空氣預熱器。但容克式空氣預熱器構造比較復雜，由于通流截面積較小，稍有積灰即可使通過截面流體的阻力增加，因此，易發(fā)生堵灰和低溫腐蝕。本文分析了武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司三分倉容克式空氣預熱器積灰的形成機理及其對運行機組產生的危害，并提出了防止積灰和在線處理的辦法。

1 空氣預熱器積灰的形成原理

對于固態(tài)排渣的煤粉爐，煙氣中含有大量的飛灰，飛灰的粒徑一般小于200μm，大部分為20～30μm.當攜帶著飛灰的煙氣流經預熱器的傳熱元件波紋板時，由于以下原因使飛灰沉積在受熱面上，形成積灰。

1）當含灰煙氣沖刷波紋板時，在板的背風面會產生渦流區(qū)。大顆灰粒由于其慣性大，不易卷入渦流；而小灰粒（小于30μm，尤其是小于10μm的細灰粒）則易進入渦流區(qū)。此時，它們中的一部分灰粒碰到金屬壁后，由于受到分子吸力及靜電引力的作用，使部分灰粒吸附在波紋板上，形成疏松的積灰。

2）由于波紋板金屬壁的凹凸不平（尤其在發(fā)生低溫腐蝕的情況下，壁表面更顯得粗糙、不平），在摩擦力的作用下，亦能掛住部分微小的灰粒，此時所形成的積灰也是疏松的。

3）當受熱面壁溫較低時，使煙氣中的水蒸氣或硫酸蒸氣在受熱面上發(fā)生凝結時，潮濕的表面會將部分灰粒黏住，此時積灰被“水泥化”，形成低溫黏結灰。

其中空氣預熱器低溫黏結灰的形成有兩種原因：

a）煙氣中含水量大約10%左右，該廠使用煤種又含有較高硫分，燃燒后形成SO2，其中一部分SO2會進一步氧化成SO3.SO3和煙氣中的水蒸氣在高溫下結合成硫酸蒸汽，低溫腐蝕的產物低價鐵硫酸鹽、鐵的氧化物和硫酸蒸汽與飛灰反應，生成酸性黏結灰：

xCaO.yAl2O3.SiO2+（x+3y）H2SO4→xCaSO4+yAl2（SO4）3+SiO2+（x+3y）H2O

Fe3O4+4H2SO4→FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O

3Fe+4H2SO4+2O2→FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O

b）因吹灰疏水溫度未達到要求從而使吹灰蒸汽帶水或吹灰用的蒸氣冷凝成水，滲到積灰層形成水泥狀物質。

除以上原因外，武鄉(xiāng)電廠鍋爐為了使煙氣中的NOx的排放量達到國家環(huán)保部門的要求，在空氣預熱器前加裝了脫硝系統(tǒng)設備。在脫硝系統(tǒng)中加入適量的氨氣作為催化劑將NOx還原為氮氣，而未完全反應的氨氣即伴隨煙氣與三氧化硫形成硫酸氨鹽類沉積在空氣預熱器換熱片上，造成其堵塞、磨損、腐蝕等。

2 空氣預熱器積灰對運行機組產生的危害

1）空氣預熱器積灰后，由于灰的導熱系數小，因此，積灰使熱阻增加，熱交換惡化，以致排煙溫度升高，使排煙熱損失增大，鍋爐熱效率降低，鍋爐出力降低，并影響鍋爐壽命。

2）空氣預熱器堵灰，增加了風煙道阻力，也增加了該廠10kW風煙系統(tǒng)輔機的廠用電率。在額定發(fā)電功率下，武鄉(xiāng)電廠#1鍋爐空氣預熱器堵灰時引風機電流高達270～280A（正常值：190A）、送風機電流194A（正常值：121A），且造成鍋爐正壓（平均：+50～+200 Pa）運行，而正壓燃燒又極易引起受熱面結焦，影響傳熱效果，并可能造成鍋爐爆燃，發(fā)生惡性事故。

3）空氣預熱器積灰后會促使受熱面金屬產生低溫腐蝕。受熱面上積灰后會吸收水分和SO3以及其它腐蝕性氣體，使受熱面的腐蝕速度加快。而水蒸氣和硫酸蒸氣的凝結，不僅造成受熱面的腐蝕，同時潮濕的波紋板表面能捕集煙氣中的飛灰，形成低溫黏結性積灰，使受熱面的積灰程度加劇。尤其是受熱面的沉積物與硫酸液起化學變化，會在空氣預熱器上形成復合硫酸鐵鹽為基質的水泥狀物質，使積灰呈硬結狀（酸灰垢），造成氣流通道堵塞，而且所形成的硬灰垢是不易清除的。

3 影響空氣預熱器積灰的因素及防范措施

3.1 提高空氣預熱器冷段壁溫

使空氣預熱器冷段壁面溫度始終保持高于煙氣露點，是防止空氣預熱器積灰的最有效方法。因此，該廠一、二次風機加裝暖風器來提高空氣預熱器入口一、二次風溫度，從而提高空氣預熱器冷端換熱元件壁溫。其目的是為了防止硫酸蒸汽在蓄熱片表面凝結并黏結飛灰顆粒。但鍋爐排煙溫度的升高會使鍋爐排煙熱損失增加，因此，必須提高空氣預熱器入口冷風溫度。根據武鄉(xiāng)電廠目前燃用煤種的硫分計算，冷端綜合溫度約為160～170℃，根據負荷的變化，排煙溫度在125～145℃，需控制暖風器后一、二次風溫20～30℃，并根據負荷及煙溫的變化進行手動修正。提高空氣預熱器入口一次風溫度與二次風溫度，特別是在負荷低谷時，排煙溫度較低時作用更大。

3.2 吹灰器位置和吹灰時間及次數

該廠空氣預熱器轉子傳熱元件結構中，傳熱元件沿轉子由低到高分為熱端層、中間層及冷端層3層，以使容易受低溫腐蝕的冷端傳熱元件便于翻轉和調換使用外，還采用了厚度為1.2mm的耐酸腐及耐磨的柯坦鋼，制作成冷段傳熱元件，以增加其抗腐蝕抗磨損的性能。根據工作環(huán)境和材質的不同，其吹灰器布置有2臺，1臺位于煙氣入口，另1臺位于煙氣出口。實際運行過程中，控制其吹灰器提升閥后壓力0.95～1.10MPa，且空氣預熱器吹灰蒸汽至少應有130℃的過熱度。正常情況下，蒸汽吹灰次數為每班一次，吹灰順序為先冷端后熱端再冷端。吹灰前整個系統(tǒng)必須充分暖管，疏水溫度要達到300℃以上，防止?jié)裾羝M入空氣預熱器加劇堵灰。

3.3 煙氣脫硝工藝中催化劑NH3的合理噴量

為了降低燃煤電廠煙氣中NOx的排出量，采用NH3作為催化劑，進行脫硝處理。化學反應原理：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

如果投入的氨量過于充足，未來得及反應的氨氣就隨著煙氣與二氧化硫、三氧化硫發(fā)生反應生成硫酸氨鹽類，沉積在空氣預熱器換熱片上，造成其堵塞、磨損、腐蝕等。

3.4 煙氣入口側NOx濃度與出入口壓差

通過運行實際情況，空氣預熱器煙氣入口側NOx濃度的高低直接影響出入口壓差，即壓差越大，說明空氣預熱器積灰越嚴重。武鄉(xiāng)電廠#2鍋爐空氣預熱器煙氣入口側NOx濃度與出入口壓差運行曲線圖見圖1.因此，在運行過程中要通過對鍋爐的燃燒調整盡量降低空氣預熱器煙氣入口側NOx濃度，（比如降低氧量、關小底層磨容量風擋板等）以確保空氣預熱器不堵灰。

圖1 空氣預熱器入口側NOx濃度與出入口壓差運行曲線圖

4 空氣預熱器積灰在線處理

由于空氣預熱器堵塞嚴重，先對空氣預熱器冷端進行在線水沖洗，具體操作步驟如下：

以該廠#11空氣預熱器為例：

1）開啟底部煙道放水門。關閉#11、#12冷端吹灰器蒸汽來汽手動門；開啟爐零米高壓沖洗泵來水手動門，開啟高壓沖洗泵出口至#11空氣預熱器沖洗手動門（檢查#12空氣預熱器沖洗手動門關閉）。

2）檢查#11空氣預熱器吹灰就地控制盤后各切換把手切至“搖控位”、“高壓水沖洗”位置；在DCS上將空氣預熱器吹灰器選擇至“PMP2”在線高壓水位置（“PMP1”為蒸汽吹灰，“PMP3”為離線高壓水沖洗）。

3）就地啟動高壓沖洗水泵，檢查出口壓力緩慢升至25MPa，啟動AH2空氣預熱器，檢查就地吹灰器進到位（退行程約206min）.檢查退出后，再啟動AH2空氣預熱器進行下一次吹掃。

4）沖洗期間，加強引、送、一次風機電流、風壓、風溫、空氣預熱器差壓監(jiān)視，每小時對參數進行記錄。

5）巡檢要求：每小時巡檢一次，檢查零米高壓沖洗水泵電流140～160A（額定電流240A），泵入口濾網前后壓力表壓差不大于0.2MPa（否則，聯(lián)系該廠設備部停泵清理），泵出口壓力在25MPa左右；13.7 m吹灰器密封風機運行正常，高壓水壓力24～25 MPa，無跑水現象。

6）高壓水沖洗結束后，就地停運高壓沖洗水泵，關閉入口手動門，關閉13.7m高壓沖洗泵出口至#11空氣預熱器沖洗手動門；檢查#11空氣預熱器吹灰就地控制盤后將切換把手切至“蒸汽吹灰”位置，開啟#11空氣預熱器冷端吹灰器蒸汽來汽手動門，在DCS上將空氣預熱器吹灰器選擇至“PMP1”蒸汽吹灰位置，恢復空氣預熱器正常吹灰。

7）如高壓沖洗泵跳閘，關閉泵入口手動門，將#11空氣預熱器吹灰就地控制盤后，切換把手切至“近控位”，就地按“退出”按鈕，檢查吹灰器退出。聯(lián)系該廠設備部檢修高壓沖洗水泵。通過兩側AH均水洗結束后，鍋爐風煙系統(tǒng)的運行參數恢復正常。

8）系統(tǒng)恢復后，武鄉(xiāng)電廠#1鍋爐空氣預熱器堵灰及水洗后各運行參數見表1.

表1 #1鍋爐空氣預熱器堵灰及水洗后各運行參數表

5 結束語

西山武鄉(xiāng)電廠600MW 火電機組若因鍋爐的空氣預熱器積灰堵塞被迫降負荷會給煤礦生產帶來較大的影響，造成企業(yè)經濟損失。所以，在實際運行中通過采取措施避免了事故的發(fā)生。

1）做好減輕和防止空氣預熱器積灰的措施：a）提高空氣預熱器冷段壁面的溫度。b）正確設計布置空氣預熱器吹灰裝置和合理的吹灰時間及次數。

2）若發(fā)生空氣預熱器積灰堵塞而吹灰器無法清除其沉積物，機組可以利用電網負荷低谷時降負荷進行空氣預熱器在線水洗。

3）優(yōu)化脫硝裝置運行方式：a）控制噴氨量，減少氨逃逸，并利用檢修機會對脫硝裝置進行檢查，減少催化劑格柵間漏點。b）加強脫硝裝置前后壓差的監(jiān)視，保證聲波吹灰器正常投入，每周進行1～2次蒸汽吹灰。c）脫硝裝置吹灰一般在16：00后進行，吹灰前充分疏水，疏水溫度不低于350℃.d）根據脫硝裝置前后壓差變化及時調整吹灰頻率。

［1］ 劉建民，薛建明，王小明，等.火電廠氮氧化物控制技術［M］.北京：中國電力出版社，2012：165-168

［2］ 容鑾恩，袁鎮(zhèn)福，劉志敏，等.電站鍋爐原理［M］.北京：中國電力出版社，1997：204-210.

［3］ 白國亮.鍋爐設備運行［M］.北京：中國電力出版社，2005：149-156.