1 000 MW機(jī)組空預(yù)器在線水沖洗策略研究

趙笑天

(廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723)

0 引言

2015-08-29，十二屆全國(guó)人大常委會(huì)第十六次會(huì)議表決通過(guò)了修訂后的《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，確立了我國(guó)大氣污染指數(shù)指導(dǎo)綱要，要求火力發(fā)電廠必須安裝煙氣脫硝系統(tǒng)。隨著煙氣脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)，空預(yù)器堵灰問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重影響了火力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為解決這個(gè)問(wèn)題，廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司在安裝脫硝系統(tǒng)時(shí)，還安裝了空預(yù)器在線水沖洗裝置，可在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)空預(yù)器進(jìn)行在線沖洗，降低了空預(yù)器壓差，提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

1 設(shè)備概況

該發(fā)電公司3號(hào)鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)生 產(chǎn) 的 HG-3110/26.15-YM3 型 1 000 MW 超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用單爐膛、一次再熱、固態(tài)排渣、全懸吊∏型結(jié)構(gòu)。2臺(tái)空氣預(yù)熱器采用豪頓華工程有限公司的33.5VNT2050(200)型三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，在2009-11-09投入商業(yè)運(yùn)行，在2012年完成空氣預(yù)熱器脫硝適應(yīng)性改造。改造后，空氣預(yù)熱器總高度2 300 mm，共分3層：熱段300 mm(原冷端，考登鋼)，中溫 端 1 000 mm(原 中 溫 端， 低 碳 鋼 )， 冷 端1 000 mm(新增，搪瓷元件)。

共有3種不同的氣流通過(guò)空預(yù)器，即煙氣、一次風(fēng)和二次風(fēng)。煙氣位于轉(zhuǎn)子的一側(cè)，另一側(cè)為一次風(fēng)和二次風(fēng)，氣流之間由3組扇形板和軸向密封板相互隔開。煙氣和空氣流向相反，即煙氣向下，一、二次風(fēng)向上。每臺(tái)空預(yù)器冷端均安裝了蒸汽吹掃裝置和空預(yù)器在線水沖洗裝置，空預(yù)器進(jìn)行高壓水沖洗時(shí)射流集中，水的剪切強(qiáng)度大，對(duì)灰垢的清除能力比高溫蒸汽強(qiáng)；同時(shí)高壓水的流速遠(yuǎn)小于蒸汽的流速，對(duì)空預(yù)器的動(dòng)能破壞作用比蒸汽小。

3號(hào)機(jī)組配備了3D2A型高壓沖洗水泵組，該泵組可在現(xiàn)場(chǎng)直接安裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等優(yōu)點(diǎn)。3D2A型高壓沖洗水泵組的主要參數(shù)如表1所示。

表1 3D2A型高壓沖洗水泵組的主要參數(shù)

2 空預(yù)器堵灰原因分析

空預(yù)器堵灰后導(dǎo)致壓差升高的主要原因是NH4HSO4堵塞。安裝SCR脫硝系統(tǒng)后，煙氣經(jīng)過(guò)SCR反應(yīng)器時(shí)會(huì)促進(jìn)煙氣中SO2轉(zhuǎn)化為SO3，導(dǎo)致空預(yù)器入口煙氣中的SO3濃度變大，提高了H2SO4的露點(diǎn)，在空預(yù)器冷段冷凝形成酸霧。在SCR反應(yīng)器出口會(huì)逃逸一定濃度的氣態(tài)氨，當(dāng)煙氣溫度低于220 ℃時(shí)，煙氣中SO3，NH3與水反應(yīng)生成NH4HSO4。煙氣溫度在146—207 ℃時(shí)，NH4HSO4為高粘性液體，易粘在空預(yù)器中、低溫?fù)Q熱面上，吸附煙氣中的飛灰；煙氣溫度低于146 ℃時(shí)，NH4HSO4為固體，會(huì)加劇空預(yù)器堵塞。

結(jié)合空預(yù)器的熱力分布圖，滿足2個(gè)條件即可形成NH4HSO4：(1) 硫分增加；(2) 氨逃逸增加。由于近期大量使用高硫份煤和不可避免的氨逃逸，因此可以確定為NH4HSO4在空預(yù)器波紋陶瓷換熱面積聚造成了空預(yù)器堵塞。

3 高壓在線水沖洗實(shí)施方案

空預(yù)器在線水沖洗過(guò)程中，首先要考慮3個(gè)因素：(1) 水量和水壓的控制；(2) 沖下灰污的排放問(wèn)題；(3) 槍管的支撐和推進(jìn)問(wèn)題。由于空預(yù)器為煙氣和一、二次風(fēng)提供換熱服務(wù)，水量過(guò)大會(huì)使過(guò)多的熱量被沖洗用水吸收，導(dǎo)致一、二次風(fēng)風(fēng)溫降低，不能滿足制粉系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)的正常運(yùn)行；其次，過(guò)大的水流對(duì)沖洗水泵的出力有較高要求，不利于保證對(duì)沖洗用水壓力的要求。通過(guò)試驗(yàn)，最終將槍頭噴嘴的數(shù)量控制為2個(gè)，噴嘴孔的直徑控制為2 mm，保證在35 MPa壓力下進(jìn)入空預(yù)器的沖洗水流量不超過(guò)3 t/h。沖洗水通過(guò)垂直向上的槍管和噴嘴垂直噴入陶瓷蓄熱片間，同時(shí)投入相應(yīng)的空預(yù)器冷端吹灰器(吹灰器汽源為斷開狀態(tài)，將冷端空預(yù)器吹灰器切到空預(yù)器水沖洗模式)，用沖洗水槍以1 cm/min的速度對(duì)蓄熱元件進(jìn)行連續(xù)沖洗。水壓的控制也非常關(guān)鍵。水壓過(guò)低，水流還未接觸換熱元件，就會(huì)被熱煙氣蒸干，起不到?jīng)_洗作用；水壓過(guò)高，對(duì)沖洗槍管材料規(guī)格的要求就比較高，會(huì)帶來(lái)不必要的浪費(fèi)，還可能造成空預(yù)器換熱元件的損壞。

最初，該發(fā)電公司選用1臺(tái)湘潭某電機(jī)廠生產(chǎn)的三缸柱塞泵(額定壓力為13.5 MPa)，實(shí)際工作壓力為12 MPa，但沖洗效果有限。后來(lái)，更換為在線水沖洗使用的高壓沖洗車作為水源，水壓設(shè)置為35 MPa。沖洗前，預(yù)想到在除灰效果明顯的情況下，大量的堵灰落下會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器煙氣側(cè)灰斗排灰不暢，需要事先將空預(yù)器拆下灰斗清理。在灰斗排污管彎頭處，加接沖洗水管即可解決這個(gè)問(wèn)題。實(shí)施沖洗后，大部分堵灰隨煙氣進(jìn)入電除塵器而被除掉。

隨著火電機(jī)組脫硝系統(tǒng)的投入使用，普遍存在由氨逃逸引起的空預(yù)器蓄熱板堵灰問(wèn)題。空預(yù)器堵塞后，將嚴(yán)重影響鍋爐排煙溫度，造成鍋爐系統(tǒng)阻力增大、風(fēng)機(jī)喘振等現(xiàn)象。目前，火電機(jī)組同行業(yè)內(nèi)對(duì)空預(yù)器沖洗普遍采用風(fēng)煙系統(tǒng)半邊隔離在線沖洗方式，這需要機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行；且因機(jī)組處于半側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備如有故障極易造成機(jī)組非停。

2015-09-15，3號(hào)鍋爐空預(yù)器前后壓差在高負(fù)荷情況下逐漸增大到1.69 kPa，并有繼續(xù)上漲趨勢(shì)。為了提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可靠性，經(jīng)過(guò)反復(fù)研討、論證并采集大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以高壓力、低流量的方式，利用高壓水在線沖洗空預(yù)器受熱面，最大限度地清理了空預(yù)器蓄熱板堵灰。在線水沖洗前后空預(yù)器壓差對(duì)比如表2所示。

表2 3A及3B空預(yù)器水沖洗前后壓差對(duì)比 kPa

4 試驗(yàn)分析

通過(guò)此次試驗(yàn)證明，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行在線高壓水沖洗是完全可行的，可以在不影響機(jī)組正常負(fù)荷的情況下有效降低空預(yù)兩側(cè)的壓差，延長(zhǎng)空預(yù)器在線運(yùn)行周期。

4.1 低流量的水沖洗不會(huì)影響換熱效果

由于沖洗水的流量很低(不高于3 t/h)，與鍋爐滿負(fù)荷時(shí)130 t/min的煙氣流量相比，基本可以忽略不計(jì)；即使鍋爐負(fù)荷稍低，沖入換熱元件的水分也會(huì)很快沸騰蒸發(fā)，不會(huì)明顯降低一、二次風(fēng)溫。

4.2 高壓水沖洗效果優(yōu)于蒸汽吹灰

高壓水對(duì)空預(yù)器換熱元件間的積灰有很強(qiáng)的沖擊作用；與蒸汽吹灰器不同，高壓水進(jìn)入空預(yù)器是一個(gè)吸熱沸騰并劇烈膨脹的過(guò)程，能在換熱元件間隙產(chǎn)生很大的壓力，能有效疏松堵灰。而吹灰蒸汽進(jìn)入空預(yù)器后是一個(gè)放熱收縮的過(guò)程，只能吹走較為疏松的浮灰。

4.3 高壓水沖洗對(duì)換熱元件的影響

空預(yù)器在線高壓水沖洗采用的沖洗水壓力為35 MPa，而離線時(shí)采用的沖洗水壓力為 60 MPa，此時(shí)空預(yù)器換熱元件為室溫，脆性較運(yùn)行中的空預(yù)器換熱元件高很多，所以在線沖洗時(shí)高壓水對(duì)換熱元件的沖擊損壞也將非常有限。

在線高壓水沖洗的效果基本上等同于相同壓力下的離線高壓水沖洗效果。

4.4 在線高壓水沖洗對(duì)負(fù)荷及除塵器無(wú)不良影響

試驗(yàn)表明，機(jī)組進(jìn)行風(fēng)煙系統(tǒng)無(wú)半邊隔離、負(fù)荷不受限單側(cè)進(jìn)行高壓水沖洗，提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性。同樣，也沒有發(fā)現(xiàn)在線高壓水沖洗對(duì)電除塵器的運(yùn)行有任何的不利影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)空預(yù)器安裝在線高壓水沖洗系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)其在線沖洗，這在目前還處于初步探索階段，實(shí)際沖洗效果還需要進(jìn)一步收集數(shù)據(jù)加以分析。考慮到高壓水沖洗可能會(huì)對(duì)空預(yù)器內(nèi)陶瓷蓄熱片造成損傷，需要在運(yùn)行一段時(shí)間后停爐進(jìn)行檢查才能確定。目前，部分發(fā)電公司并未開展空預(yù)器在線水沖洗工作，但是隨著1 000 MW燃煤機(jī)組的大量籌建，摻燒高硫煤種、機(jī)組超低排放改造及脫硫脫硝項(xiàng)目的不斷推進(jìn)與發(fā)展，空預(yù)器在線高壓水沖洗必將成為火力發(fā)電企業(yè)定期開展的工作之一。

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