300MWCFB鍋爐空預器積灰原因分析及改進措施

劉曉婷

摘 要：空預器是鍋爐的重要組成部分，空預器積灰問題直接影響系統運行效果，積灰將導致鍋爐經濟指標下降及檢修成本上升。本文通過對300MW等級CFB機組空預器存在問題原因進行深刻分析并經過治理，最終消除空預器存在的問題，指標得到了提升。

關鍵詞：300MWCFB鍋爐;空預器;解決措施

中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）19-0149-02

0 概述

某電廠為DG1069/17.4型單汽包、自然循環的循環流化床機組。鍋爐主要由三部分構成：一個膜式水冷壁爐膛，三臺汽冷式旋風分離器、一個由汽冷包墻包覆的尾部豎井（HRA）。爐內前墻布置屏式過熱器管屏12片、屏式再熱器管屏6片，后墻布置水冷蒸發屏2片。

鍋爐給煤口8個，沿寬度方向均勻布置在前墻水冷壁下部收縮段。爐膛底部水冷風室由水冷壁管彎制圍成，風室兩側布置有一次熱風道，采用從風室兩側進風的方式;空預器一二次風出口均在兩側，一次熱風道布置較為簡單。爐膛下部左右側一次風道內分別布置點火燃燒器兩臺，爐膛密相區水冷壁前后墻分別設置床上點火油槍4支。4個排渣口布置于爐膛后水冷壁下部，配套4臺滾筒式冷渣器。

爐膛與尾部豎井之間布置汽冷式旋風分離器三臺，下部各布置一臺“J”閥回料器，回料器為一分為二結構。尾部采用雙煙道結構，前煙道布置了兩組低溫再熱器，后煙道從上到下依次布置兩組高溫過熱器、兩組低溫過熱器，向下前后煙道合成一個，在其中布置有兩組螺旋鰭片管式省煤器和臥式空氣預熱器，空氣預熱器采用光管式，一二次風道分開布置，沿爐寬方向雙進雙出。

1 目前空預器存在的主要問題及原因分析

1.1 存在的主要問題

（1）停爐檢查發現空預器內部積灰嚴重且積灰下方存在低溫腐蝕泄漏情況，空預器漏風率高達25%;影響爐側指標。（2）空預器原設計有下部灰斗，由于未設計氣力輸灰裝置，建設時經校核，省煤器故障狀態下、支撐鋼結構無法滿足滿斗濕灰荷載要求，灰斗取消。投產后發現運行中空預器下部積灰嚴重，內部煙道流場變化、易積灰。（3）空預器積灰造成引風機出力增加，機組帶負荷能力受限。

1.2 原因分析

1.2.1 空預器管積灰與基體的成分分析

空預器表面分為疏松積灰層、致密積灰層、基體。本文依次對三部分進行成分分析。刮取低溫端表面的疏松積灰，中國科學院物理研究所對其采用化學分析法分析，用掃描電鏡對致密積灰層和基體區域進行分析。結果如下（重量比）（表1）。

根據元素含量可以得出如下結論：

（1）表面疏松積灰層中發現了大量的Al、Ca、Si、S的氧化物，分析是燃煤中該類元素含量較高造成。沉積的硫酸溶液溶解管壁上的氧化膜和金屬鐵，并與飛灰生成酸性黏結性灰，其成分包括Al2（SO4）3、CaSO4、FeSO4和Fe2（SO4）3。腐蝕與積灰往往是相互促進的，積灰使傳熱減弱，受熱面壁溫降低，且在350℃以下積灰又能吸收SO2，將加速腐蝕過程。（2）疏松積灰層和致密積灰層中均有較高含量的Na和K，易生成低熔點的硫酸鹽，說明燃煤中堿金屬含量較高。（3）表面疏松積灰層中含有微量的N，說明脫硝過程中可能存在一定的氨逸出。（4）疏松積灰層中氧含量高，鐵含量低，硫含量高，但是在致密積灰層中氧含量變低，鐵含量變高，硫含量變低。這說明積灰層對空預器鋼管存在強烈的溶解腐蝕。

1.2.2 空預器嚴重積灰與局部腐蝕原因的進一步分析

綜合空預器管的積灰與基體的成分分析結果，結合對送檢管子及現場管束的觀察，對空預器發生嚴重積灰與局部腐蝕原因進一步分析如下：

（1）表面疏松積灰層中存在微量N（約0.1%），證明了脫硝單元存在一定的氨逃逸;但在底層的致密積灰層以及基體層并沒發現N，表明氨逃逸對空預器管的腐蝕影響很小;對空預器管的嚴重積灰也影響有限。（2）各積灰層均含有較高含量的Na和K等堿金屬元素;主要是由電廠的主要燃料--準東煤導致，該煤種為典型高堿煤，飛灰熔點偏低、易積灰、堵灰。（3）各積灰層和管子基體中S含量都較高，充分證明空預器發生的局部腐蝕主要是由于低溫煙氣腐蝕（硫腐蝕）;而低溫煙氣腐蝕又加劇粘灰、甚至導致嚴重積灰乃至堵灰等。（4）致密積灰層中氧含量變低，鐵含量變高，硫含量變低，這說明積灰層對空預器鋼管存在強烈的溶解腐蝕。同時也反映出現管材的耐低溫硫腐蝕、抗積灰性能較差。同時，提高一二次風溫度也可降低低溫腐蝕。

2 改造實施采取的方案

（1）將低溫段空預器下部4排更換為搪瓷空預器管。

（2）對暖風器進行改造，提高一、二次風溫。布置方式如下。

高塵區布置方式。此種布置是布置在除塵器前，此區域煙溫較高，可最大化吸收煙氣余熱。即在空預器出口與除塵器間安裝低溫省煤器，進行熱交換，降低排煙溫度。將低溫省煤器交換的熱量首先加熱一二次風，風溫從-15℃加熱至53℃后進入原有空預器，有效提高原有空預器的最低壁面溫度，從而保證空預器的運行安全。同時由于進口風溫提高，改造后一次風出口熱風溫度255℃，二次風出口熱風溫度261℃，對爐膛的燃燒有著積極影響。

夏季，將回收煙氣中的熱量用于加熱一次風和二次風，風溫從23℃加熱至70℃后進入原有空預器，剩余熱量用于加熱6#低加入口溫度為90℃的除鹽水，把出口水溫加熱至120℃以上后送回6#低加出口，提高整個系統的熱效率（如圖1）。

（3）恢復空預器下部灰斗，增設空預器下部灰斗氣力輸灰裝置（如圖2）。

系統概述：空預器輸灰系統系統布置在鍋爐尾部煙道空預器底部，主要用作輸送鍋爐尾部煙道的積灰。系統由灰斗、手動檢修門、伸縮節、進料閥、發送器、進氣閥組、補氣閥、氣動出料閥、補氣環、輸送管道、庫頂切換閥、儲氣罐、料位計組成。

在系統正常運行過程中，粉煤灰堆積在發送器上方鍋爐空預器灰斗處，飛灰在重力作用下，進入發送器中，經過混合裝置，通過輸送管路進入灰庫。每臺鍋爐尾部共布置兩排飛灰輸送系統。爐后為第一排，爐前為第二排。每排輸送系統由兩臺發送器組成。每臺爐發送器共用一條輸灰管道，粉煤灰在重力作用下經過打開的進料閥進入發送器，當發送器中任一料位計被灰覆蓋（或者系統認定進料時間已到），發送器上方進料閥將關閉，確認進料閥關到位后，打開出料閥、補氣閥、進氣閥，灰在與氣體混合后進入輸灰管道，被輸送至灰庫。

3 改造后取得的效果

（1）通過改造，冬季保證了一、二次風冷風溫度，冬季可達到40℃以上，避免了空預器積灰及空預器低溫腐蝕。延長了空預器管使用壽命，減少了空預器漏風，空預器漏風率由改造前的25%降低至改造后的5%以內。

（2）由于消除空預器積灰及空預器管子低溫腐蝕造成泄漏，改造工作的完成還同時降低了機組排煙溫度10℃左右。

（3）有效消除了空預器下部積灰，煙氣流場更加均勻（如圖3）。

4 結語

電廠通過將低溫段空預器下部4排更換為搪瓷空預器管，有效提高了空預器的抗腐蝕性能;結合煙氣余熱利用項目，對暖風器進行改造，有效提高了一、二次風溫;通過恢復空預器下部灰斗，增設空預器下部灰斗氣力輸灰裝置，有效減少了空預器下部積灰，爐內煙氣流場更加均勻。綜上，通過對以上設備的改造，有效解決了鍋爐空預器現階段存的問題。