鍋爐尾部煙道的阻力特性及測試

叢星亮,余永生

(國網安徽省電力公司電力科學研究院,安徽合肥230601)

鍋爐尾部煙道的阻力特性及測試

叢星亮,余永生

(國網安徽省電力公司電力科學研究院,安徽合肥230601)

隨著我國節能減排力度的增加,許多電廠均在鍋爐尾部煙道內安裝了低溫省煤器,并增加了脫硝催化劑的層數。某機組對尾部煙道進行了改造,使煙道阻力產生了較大變化。通過測試,發現鍋爐尾部煙道內各部件兩端的阻力存在明顯差異,其中空氣預熱器和SCR脫硝設備的兩端阻力較大。根據尾部煙道的阻力特性,分析了機組無法滿負荷運行的原因,并提出了相應的改進措施。

電廠;鍋爐;改造;尾部煙道;阻力;特性;測試;措施

0 概 述

為了達到國家節能減排的行動目標,很多電廠對機組進行了技術改造。某電廠為適應環保方面的要求,加大了對脫硝、除塵和脫硫設備的改造力度,以達到超凈排放的目的。同時,通過改造低氮燃燒器,降低了NOx的生成量。在原脫硝系統內,還增設了一層催化劑,進一步降低NOx的排放量。對脫硫、除塵設備也進行了一體化改造。為了節能增效,在鍋爐尾部煙道安裝了低溫省煤器,以降低排煙溫度,減少排煙熱損失。但是,改造后的鍋爐尾部煙道,增加的脫硝系統的催化劑層數,加裝的低溫省煤器都會引起煙道阻力增大[1]。

機組改造后,在環保和節能方面取得了長足的進步和發展,但是,在運行過程中也暴露出一些問題[2],其中包括風煙系統的阻力增大,導致機組無法滿負荷運行,嚴重時會導致引風機失速,引起機組停機等事故[3]。現以某型330 MW機組為研究對象,對該機組尾部煙道內脫硝設備、空預器、低溫省煤器、電除塵器等幾大阻力部件,分別進行了現場試驗和測試。根據尾部煙道阻力的分布特性,分析阻力偏大的原因,并給出相應的技術措施,以解決機組無法在額定負荷下正常運行的問題。

1 試驗方法及測試儀器

由于煙氣在煙道中流動具有不均勻的特性,試驗時,采用網格法,測量各阻力部件進出口截面所有測點的靜壓和動壓,取靜壓和動壓試驗測量數據的算術平均值,作為該煙道截面靜壓和動壓的實際測量值。網格法的測量要求,可參照GB/T 10184-2015(電站鍋爐性能試驗規程)[4]。

試驗時,應執行GB/T 10184-2015(電站鍋爐性能試驗規程)和DL T469-2004(電站鍋爐風機現場性能試驗規程)[5]。按試驗要求,在煙道上取若干測點,采用標準畢托管和微壓計,對測量截面上的所有測點進行動壓測量和靜壓測量。計算出所測截面的平均動壓和靜壓,平均壓力的計算公式為:

式(1)中:Pdi為各測點的動壓試驗測量值;n為測量截面上的測點數;Pd為測量截面的平均動壓值。

式(2)中:Psi為各測點的靜壓試驗測量值;n為測量截面上的測點數;Ps為測量截面的平均靜壓值。

通過實際測量各阻力部件的進出口截面全壓之間的差值,計算出煙道內各阻力部件的阻力。阻力計算公式為:

式(3)中:P2d為各阻力部件出口截面平均動壓; P1d為各阻力部件進口平均動壓;P2s為各阻力部件出口截面平均靜壓;P1s為各阻力部件進口截面平均靜壓;ρ各阻力部件進出口流體介質的密度平均值;Z2為各阻力部件出口截面高度;Z1為各阻力部件進口截面高度。

計算各阻力部件進出口流體介質的密度平均值,計算公式為[6]:

式(4)中:ρy為標準狀態下煙氣的密度,取1.31 kg/m3[2],tav為各阻力部件煙道進出口溫度平均值,Pav為各阻力部件煙道進出口處靜壓的平均值。

在鍋爐尾部煙道阻力特性試驗中,主要是為了測量相關部件的阻力,包括脫硝系統、空氣預熱器、低溫省煤器及電除塵器的阻力。試驗采用的儀器有大氣壓力表、熱電阻、畢托管、微壓計和橡膠管等,儀器的名稱、型號、規格和測量精度,如表1所示。

表1 試驗采用的儀器型號及精度

2 試驗結果與原因分析

該330 MW機組1號鍋爐尾部煙道的阻力較大,導致機組無法滿負荷運行。試驗時,機組負荷為270 MW。經測試,鍋爐尾部煙道內各部件的阻力值,如表2所示。

表2 各部件的阻力值(負荷為270 MW)

從表2可知,在1號鍋爐尾部煙道內,從脫硝系統的入口至電除塵出口,空預器的阻力最大,空預器煙氣的A側和B側阻力,分別為2 906 Pa和2 769 Pa。脫硝系統的阻力次之,脫硝系統A側和B側的阻力,分別為509 Pa和452 Pa。低溫省煤器和電除塵器的阻力較低,低溫省煤器煙氣的A側和B側阻力,分別為183 Pa和223 Pa。電除塵的A側和B側阻力,分別為143 Pa和174 Pa。各部件A側和B側阻力所占鍋爐尾部煙道總阻力的百分數,如圖1所示。

由圖1可知,空預器的阻力最大,約占鍋爐尾部煙道總阻力的70%;其次是脫硝系統的阻力,約占總阻力的10%;低溫省煤器和電除塵阻力較小,約占總阻力的4%~5%。由此可判斷,引起鍋爐尾部煙道阻力增大的主要原因,是空預器的阻力顯著增大。因空預器和脫硝系統的阻力增大,導致引風機的出力無法滿足機組滿負荷運行的要求,限制了機組出力。因此,機組可能被迫停機或檢修。

圖1 各部件A側和B側阻力所占尾部煙道總阻力的百分數

空預器的阻力顯著增大,有多個方面的原因。(1)脫硝系統SCR噴氨逃逸引起空預器堵塞。在SCR系統的三層催化劑的作用下,更多的SO2被氧化成SO3,由于氨氣的逃逸,導致過量的氨氣與SO3反應。反應后生成的硫酸銨和硫酸氫銨具有極強的腐蝕性和黏附性。硫酸氫銨將灰塵黏附在波形板上并產生腐蝕作用,還會使排煙溫度升高。(2)鍋爐燃燒采用了高硫量、低熱值、高灰分的燃料煤種。因燃煤的含硫量較高,導致空預器的冷端被腐蝕;燃煤的發熱量低,導致煙氣量增大,增加了空預器阻力;燃煤的灰分高,導致煙氣中飛灰濃度增大,最終使空預器的阻力增大。(3)空預器的吹灰參數不合理,造成了空預器堵塞。吹灰的蒸汽熱度應保持在111~ 130℃,如果蒸汽中帶水分,不但吹灰效果差,還可能在高溫下與積灰泥化板結;空預器的吹灰進汽閥門不嚴密,水蒸氣就會漏入空預器的內部,也會導致空預器的堵塞。

為了滿足超凈排放的要求,在脫硝系統中增加了一層催化劑,煙道的實際流通面積減少,煙氣流速增加,煙氣與催化劑的摩擦增大,從而使脫硝系統的阻力增大。

3 解決措施

為了解決空預器的堵塞問題,可采取多項措施。(1)控制噴氨量。優化噴氨程序,定期更換催化劑。在脫硝出口處,安裝氨氣逃逸測量裝置,防止氨逃逸率超過設計值。(2)根據李云東[7]的分析,認為硫酸氫銨的氣化溫度為150~230℃,若將空預器升溫,將使硫酸氫銨從固態變為氣態,減輕空預器的堵塞。可以采用暖風器,將排煙溫度提高至160~165℃,若無其它條件的限制,可將排煙溫度提高至230℃,然后加強蒸汽吹灰介質的壓力和吹灰頻次,直至空預器的阻力下降到合理區間。這些操作,均可在機組大于80%負荷的工況下進行。(3)改換阻力較小的波形板,增大波形板空隙率。采用搪瓷鍍層的波形板,防止空預器再次堵塞。根據鐘禮金[8]的觀點,合適的搪瓷鍍層,可顯著降低硫酸氫銨的結垢速率,并建議采用高性能的鋼材。

為了防止空預器堵灰,應盡量選用低硫煤種,對燃煤進行合理的摻燒[9],保證燃煤具有較高的熱值和較低灰分。同時,在空預器的冷端,加裝了在線高壓水洗設備,高壓水的壓力為10~20 MPa。針對空預器的積灰,采用了新的吹灰技術和設備,利用高強聲波吹灰器進行吹灰。此外,在煙道90°彎頭處,還可以加裝導流板,減少鍋爐尾部煙道的阻力。

4 結 語

通過對某型330 MW機組1號鍋爐煙道內部件的阻力測試,找到了鍋爐風煙系統內阻力偏大的設備。分析了設備阻力較大的成因,并針對1號鍋爐風煙系統阻力偏大等問題,提出了相應的解決措施,可為同類機組解決類似問題,提供參考。

[1]康達,張翼,李永星.HG-670/140-11型鍋爐尾部煙風阻力特性試驗研究[J].黑龍江電力,2006,28(5):389-390.

[2]佘曙星.熱電聯產機組鍋爐煙風系統阻力診斷研究[J].廣東電力,2014(9):10-15.

[3]袁斌.600MW鍋爐煙道阻力增加的原因分析及處理[J].鍋爐制造,2009(5):20-23.

[4]GB 10184-2015.電站鍋爐性能試驗規程[S].

[5]DL T-469-2004.電站鍋爐風機現場性能試驗規程[S].

[6]沈維道,童鈞耕.工程熱力學[M].北京:高等教育出版社,2007.

[7]李云東.基于硫酸氫氨造成的空預器堵塞治理對策[J].產業與科技論壇,2015(14):59-60.

[8]鐘禮金,宋玉寶.鍋爐SCR煙氣脫硝空氣預熱器堵塞原因及其解決措施[J].熱力發電,2012,41(8):45-50.

[9]楊鐵,劉大峰.由空預器堵塞引發的非典型燃燒問題及解決[J].鍋爐制造,2009(1):57-59.

Flue Resistance Characteristic and Test of Boiler Back end

CONG Xing-liang,YU Yong-sheng
(Electric Power Research Institute of Anhui Electric Power Company in State Grid,Hefei 230601,Anhui,China)

With increased efforts on energy conservation and reduction of pollutant emissions from China government, SCR de-nitrification catalyst layers were increased and low-level economizer was installed in more and more power plants.These upgrading has large effort on the flue resistance in the boiler back end.The diagnostic test was conducted to research flue resistance characteristics of an upgraded boiler in this paper.The test results indicated that there were obvious differences of every resistance components in the boiler back end where the flue gas resistances of air-heater and SCR de-nitrification system were larger.According to the test results,the reason was analyzed that the boiler system was not operated in full capacity.The technical measures were proposed to solve the problems.

power plant;boiler;reforming;boiler back end;resistance;characteristic;test;measurement

TK223.26

A

1672-0210(2017)02-0033-03

2016-09-19

叢星亮(1985-),博士,高級工程師,從事鍋爐性能試驗及其新技術的研究工作。