超臨界CFB鍋爐管式空預器低溫結露積灰治理技術探討

張全生 張紅霞

摘 ?要：近幾年，超臨界循環流化床鍋爐技術在我國得到了飛快的發展，目前已投產超臨界循環流化床機組近30臺，約占循環流化床機組容量的10%，還有50多臺超臨界循環流化床機組將陸續投產。鍋爐空預器在運行中經常發生積灰堵灰現象，使換熱效果明顯降低，直接影響熱一、二次熱風的溫度和排煙溫度，進而影響爐膛燃燒及鍋爐運行的安全性和經濟性。本文以某350MW超臨界CFB鍋爐管式空預器積灰情況分析，淺述低溫結露積灰的治理路線。

關鍵詞：超臨界CFB鍋爐;空預器;積灰

一、鍋爐概述

某電廠鍋爐為東方鍋爐股份有限公司制造的DG1150/25.4超臨界循環流化床鍋爐，管式空氣預熱器采用光管臥式順列四回程布置，一二次風道分開布置，沿爐寬方向雙進雙出，空氣在管內流動，煙氣在管外流動。沿煙氣流向前三回程管箱采用材質為20/Q215-A的管子，最后一個回程的管箱低溫段部分采用耐腐蝕的外鍍搪瓷鋼管。一、二次風由各自獨立的風機從管內分別通過各自的通道，被管外流過的煙氣所加熱，將30℃的冷風加熱260℃供鍋爐使用。煙風系統總空氣量為1066732Nm3/h，煙風系統總煙氣量為1121350m3/h。

二、積灰情況

自投產以來幾乎每次停爐檢查，空預器均發生不同程度積灰，冬季尤其嚴重。根據兩臺鍋爐每次檢查空預器積灰情況總結，積灰部位存在如下特點：

1、幾乎都是在空預器末級冷風進口處積灰較多，進口處積滿后向里側延伸。

2、一次風和二次風側均有積灰，單側二次風空預器積灰，且相對一次風側積灰較少。

3、積灰面積占末級空預器1/3—2/3，嚴重時，局部堆積成小山狀。

三、原因分析

1、積灰形成

空預器堵灰主要分為煙氣結露積灰堵塞和硫酸氫氨堵灰。

CFB鍋爐配SNCR脫硝積灰是煙氣低溫結露形成的積灰，非硫酸氫氨積灰。當采用SNCR脫硝時，沒有催化劑的作用，煙氣中的SO2不會向SO3轉化，同時CFB鍋爐爐膛低燃燒，煤質硫元素燃燒生成SO3幾乎可忽略不計，相關的實爐測試也證明CFB鍋爐煙氣中測不出SO3。因此煙氣中幾乎不含SO3，也就不存在形成硫酸氫銨的條件。

當經過空預器的煙氣溫度低于其露點溫度時，煙氣中的水蒸汽會部分凝結成水滴，與煙氣中的灰結合后形成濕灰，濕灰的粘結性更大，容易粘結在預熱器受熱面表面，形成積灰、堵灰。另外環境溫度較低時，空氣預熱進口風溫過低，煙氣中的水蒸汽在空氣預熱器低溫段管凝結成水滴，煙氣中的灰與水滴結合，形成結露積灰。CFB鍋爐配SNCR脫硝，脫硝劑采用尿素溶液（10～40%濃度）、氨水時會帶入較多的水分進入鍋爐煙氣，提高煙氣的露點溫度，加劇尾部結露堵灰。此外，CFB鍋爐爐內脫硫形成的硫酸鈣、氧化鈣遇到結露的水，會發生“水泥反應”形成堅固的水泥狀物質難以清除。當積灰堵塞煙道，煙道阻力增加，通過的煙氣量減少，會促使局部煙道溫度降低，進一步加重結露積灰的發生。積灰和煙道溫度降低兩者相互促進，導致空氣預熱器嚴重的積灰乃至堵灰。

2、未進行有效吹灰

機組啟動過程中，煙氣結露積灰現象最嚴重，對于采用蒸汽吹灰鍋爐，此時無法投運吹灰器，導致空預器末級迅速形成積灰，即使后期投運吹灰器，因空預器底部已形成積灰，且具有一定高度，吹灰器無法吹透。

四、解決積灰技術路線

解決空預器積灰主要從防止或減緩積灰、有效清理積灰等方面采取措施。

（一）防止、減緩積灰

防止、減緩空預器積灰主要方法為提高冷風側進風溫度、減少尿素投用量、提高煙氣溫度等。

1、提高冷風側進風溫度

提高冷風側進風溫度主要技術路線為暖風器、熱風再循環。

（1）暖風器

分別在一次風機和二次風機進口或出口設置暖風器，利用暖風器加熱一次風和二次風后，送入空預器，提高空預器冷風進風溫度，該技術比較成熟。熱源可取自低溫省煤器回水或輔汽集箱來汽，具體需根據相關參數核算經濟性。

（2）熱風再循環

a.常規熱風再循環是分別在空預器出口一次熱風和二次熱風風道開孔，布置管道及調節閥門，將熱風接入一次風機和二次風機入口，該技術也比較成熟。

b.循環流化床鍋爐點火風室熱風再循環，風源來自鍋爐點火風室，溫度約800℃，可在鍋爐點火風室處搭設管道至一次風機或二次風機入口，與冷風混合后進入空預器。

優點：1）熱風溫度高，所需風量相對較少。2）系統簡單，操作簡單。

缺點：1）熱風溫度高，管道內部需敷設耐火材料。2）需根據場地情況布置，一般需從點火風室穿越運轉層后接入一次風機入口。3）退油槍后，效果下降。

（3）油槍加熱冷風

在一次風機與空預器入口風道安裝點火油槍及火檢等裝置，根據啟動期間一次風量核算油槍出力，選擇合理的霧化片，在機組啟動至并網初期，通過點火油槍加熱一次冷風。

優點：1）不增加系統阻力。2）檢修維護量小，便于操作。3）可利用原鍋爐床上油槍系統進行局部改造，減少投資。4）投運時間不受其他調節限制。

缺點：1）可能存在油槍霧化不良，導致油煙堆積在風道非金屬膨脹節內部，導致非金屬膨脹節燃燒。需通過試驗檢查分析是否存在此安全隱患。或在非金屬膨脹節內部導流板改造安裝金屬波紋密封。

2、減少尿素投用量

循環流化床鍋爐采用低氮燃燒技術，正常運行期間投用尿素量很少。機組啟動及深度調峰期間尿素投用量較大，主要原因是脫銷還原劑反應區間溫度較低和氧量較高。

目前主要技術方案為煙氣再循環：將引風機出口煙氣，通過增加風機，將部分煙氣引至一次風機和二次風機出口（空預器入口），這樣可以保證爐膛床料流化及燃燒的同時，降低NOx濃度，又可以提高空預器冷風溫度，減緩空預器積灰。

3、提高末級空預器入口煙氣溫度

因在鍋爐點火前，投運臨機加熱系統，此時省煤器入口溫度約140℃，點火后溫度逐漸上升，可將省煤器入口煙氣通過管道與末級空預器入口煙氣連接，根據煙氣量進行核算，選擇合適管徑。通過熱煙氣與冷煙氣混合提高末級空預器入口煙氣溫度。

（二）有效清理積灰

機組啟動期間，輔汽壓力較低，空預器吹灰效果受影響。可在臨爐再熱器吹灰系統搭接管道至啟動鍋爐側，在機組啟動期間，單獨對末級空預器進行吹灰，重點掌握好吹灰時間和頻率，避免堵灰形成后再吹灰，導致吹不透積灰。

五、結論

本文僅對循環流化床鍋爐空預器積灰治理方案進行簡單描述，幾種方案可混合使用，具體需根據各廠實際情況選擇。