火電廠空氣預熱器堵塞治理技術研究
——以高壓在線水沖洗系統為例

王鶴麒

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司，北京 100040）

我國目前所應用的空氣預熱器，一般是管式空氣預熱器、回轉式空氣預熱器、熱管式空氣預熱器和暖風器四種形式。在300MW 及以上容量鍋爐和部分200MW鍋爐，一般采用回轉式空氣預熱器，主要是受熱面轉動回轉式空氣預熱器[1]。空預器在工作時會接觸到鍋爐排出的煙氣及其中所攜帶的顆粒型灰塵，長時間灰塵堆積即會形成堵灰。同時，空氣預熱器在基礎鍋爐排出煙氣中所攜帶的二氧化硫氣體時可能發生腐蝕，腐蝕后的物質也會形成空氣預熱器的堵灰[2]。

1 項目概況

內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司5 號機組空氣預熱器采用的是豪頓華工程有限公司設計生產的三分倉回轉式空氣預熱器。SCR 脫硝系統改造后空氣預熱器蓄熱元件阻力明顯增加，且傳統蒸汽吹灰的疏通效果不明顯，使鍋爐風機運行電耗增加，還會造成風機失速、機組無法滿負荷運行等后果，嚴重影響了機組的安全性和經濟性。為解決蓄熱元件阻力大的問題，受電廠委托，中國大唐集團科學技術研究院有限公司計劃在5 號爐空氣預熱器中增加一套空氣預熱器在線高壓水沖洗系統，解決蓄熱元件堵灰的問題。

2 空氣預熱器沖洗技術對比

（1）傳統蒸汽吹灰器技術。傳統蒸汽吹灰器會煙道內煙氣的較大波動，造成煙氣流程不均，且吹灰效果不明顯。吹灰器發生故障時不易排查，不易檢修。

（2）離線高壓水沖洗技術。離線沖洗需要在機組停機時人為沖洗，運行局限性大。沖洗時不易將整個空氣預熱器蓄熱元件沖洗干凈。如果發生過度沖洗，還存在蓄熱元件受損的風險。另外離線沖洗水量較大，需同時配套排水措施。

（3）在線高壓水沖洗技術。在線高壓水沖洗系統滿足機組在運行期間對鍋爐兩側空氣預熱器的在線高壓沖洗。通過一套PLC 系統，根據機組負荷、空氣預熱器堵塞程度，對沖洗水壓力、沖洗時間以及沖洗周期次數進行調節，滿足機組各工況下對空氣預熱器的沖洗要求。整個沖洗過程平穩流暢，不會對預熱元件造成損壞。

3 該工程研究的技術原理

3.1 技術原理

回轉式空氣預熱器積灰的輕重與波紋板的形勢和板間間隙的大小有很重要的關系。回轉式空氣預熱器堵塞的產生，往往是由于鍋爐吹灰落入的渣塊卡在進口板間狹窄通道內，隨后再被飛灰沉積物堵塞[3]。當空氣預熱器發生堵塞時，可采用高壓在線水沖洗技術清理空氣預熱器蓄熱片上的堵塞物。整套系統如圖1 所示。空氣預熱器在線高壓水沖洗裝置主要由一臺高壓柱塞水泵（可移動，多臺機組共用）、動力系統、控制系統、每臺空氣預熱器一套高壓槍管和配套的管閥組成。槍管布置在空氣預熱器冷端蓄熱元件下部，槍管要求較高的水平度。清洗噴頭為直噴、上沖式，在高速水流強烈的沖擊及楔劈作用下，將堵塞物從蓄熱元件上剝離，堵塞物經高壓水沖洗流下，經排水管放出，在一定的煙溫和霧化條件下，大量沖洗水隨煙氣蒸發，從而使冷段達到清洗目的。

該項目5 號機組空氣預熱器在線高壓水沖洗系統包含一臺高壓泵車（包含泵車的電控系統）、控制系統（A、B 側共用）、兩套高壓噴槍和噴槍執行器（A、B 側），及供水系統的閥門、儀表等組成。

圖1 空氣預熱器在線高壓水沖洗系統示意圖

高壓泵車可移動，提供額定壓力為28 ～35MPa 的水壓；高壓噴槍布置在空氣預熱器冷端蓄熱元件下部，通過滑軌支撐噴槍和實現噴槍進退；噴槍進退執行器安裝在空氣預熱器煙道外，通過焊接與槍管相連，進退執行器通過升降電機和絲杠按照一定沖洗步進速度和停留時間進行噴吹；整個高壓在線水沖洗洗系統就地PLC 控制，預留DCS 接口，可根據業主的需求設計，控制柜配備觸摸屏，方便業主操作。

噴槍槍管要求較高的水平度，沖洗噴嘴為線性液注噴嘴，蓄熱片上黏附的污垢在高速水流強烈的沖擊及楔劈作用下，從蓄熱元件上剝離，沖下來的污垢在高壓水沖洗流下，經排水管放出。在一定的煙溫和霧化條件下，大量沖洗水隨煙氣蒸發，從而達到沖洗空氣預熱器的目的。

3.2 系統先進性

（1）該設計可在不停機、不降負荷、非單邊隔離的條件下對空氣預熱器進行沖洗。

（2）高壓水供應系統、吹掃系統均配有就地控制柜，能夠實現就地控制，也可以耦合到DCS 系統實現遠程控制或遠程、就地切換。

（3）高壓沖洗噴槍安裝在空氣預熱器蓄熱片冷段下方，可通過支撐導軌自由滑動，該沿空氣預熱器轉子徑向覆蓋整個蓄熱片，噴槍上部布置兩排噴嘴，噴嘴間距布置合理，配合沖洗周期實現無死角沖洗。

（4）噴嘴為線性液注噴嘴，水柱動量高，線性好，能夠有效清除空氣預熱器蓄熱片上堅硬的污垢。該設計采用的噴嘴內芯為耐磨陶瓷內芯，其洛氏硬度為HRA80-90，硬度僅次于金剛石，遠遠超過耐磨鋼和不銹鋼的耐磨性能，耐磨性能極好。其耐磨性相當于錳鋼的266 倍，高鉻鑄鐵的171.5 倍，解決了目前在線水沖洗噴嘴壽命短的問題。設計沖洗水壓力30MPa 時，噴嘴出口流速約250m/s，噴嘴的動量高達354kg.m/s，能夠有效清除空氣預熱器蓄熱片上堅硬的污垢，如圖2 所示。

圖2 沖洗水壓力與噴嘴水流速之間的關系

（5）防塵蓋布置、噴嘴布置、沖洗運行控制，結合空氣預熱器蓄熱片進行一體化設計。為了防止煙氣中的灰塵進入噴嘴，設置防塵蓋，當水沖洗裝置不投運時，噴嘴退入防塵蓋內，保護防塵蓋。合理設計防塵蓋間距和沖洗程控，使沖洗能夠覆蓋整個蓄熱片，實現無縫沖洗。

（6）獨特的執行器箱體面設計和支撐輪設計，方便在線檢修、維護。執行器箱體的蓋板設計成方便可拆卸的，待檢修維護噴槍、執行器時，可方便打開執行器，方便檢修、維護。

3.3 實施方案

（1）在空氣預熱器冷段下方某一位置相應煙道壁打噴槍孔。（2）在空氣預熱器冷段下方安裝噴槍支撐軌道、防塵蓋，噴槍軌道借助空氣預熱器和煙道支撐進行固定。（3）從噴槍孔處安裝噴槍，噴槍落在噴槍支撐軌道上，噴槍可以在軌道上自由滑動，方便沖洗時噴槍自由滑動。（4）噴槍進退執行器為一體化設計，整體到廠，預留執行器與噴槍、進水管道接口，安裝噴槍執行機構，安裝執行機構后，執行機構與噴槍進行焊接。（5）安裝管道、控制系統、動力系統、儀表閥門等。

4 防止本系統對自身及其他設備產生影響的措施

（1）空氣預熱器在線高壓水沖洗系統投運后，保證槍管及噴嘴不被煙氣磨損或堵塞的措施：①槍管采用耐磨不銹鋼，厚度為10mm，提高自身的耐磨性。②系統設計有防塵蓋，當系統不投運時，噴嘴置于防塵蓋內，防止噴嘴磨損和堵灰。③由于空氣預熱器的圓周漏風，在槍管穿煙道壁處（煙道內部分），槍管磨損嚴重，在該處專門設計了防磨瓦。

（2）空氣預熱器在線高壓水沖洗系統投運后，保證空氣預熱器蓄熱元件不被吹損的措施：①采用進口的液注噴嘴，射流線性度好，能保證液注不發生擴散沖刷蓄熱片，吹損蓄熱片，沖洗時線性液注僅通過蓄熱片之間的通道，除去通道內的污垢。②噴嘴射流動量結合蓄熱片鍍搪瓷工藝進行設計。③結合噴嘴霧化特性及保持合適的噴嘴與蓄熱片間距，避免大粒徑霧滴直接沖擊蓄熱片。④空氣預熱器在線高壓水沖洗系統投運后，保證電除塵等設備正常運行不受影響。⑤嚴密監視沖洗側空氣預熱器排煙溫度，沖洗過程中該側排煙溫度應平緩下降，下降應控制在10℃以內，控制該側空氣預熱器出口排煙溫度不低于110℃。⑥洗過程中嚴密監視電除塵二次電流及排灰情況，控制排煙溫度，防止因煙氣中腐蝕水大影響電除塵工作。⑦沖洗過程中，監視空氣預熱器灰斗排灰管道排灰情況，發現灰量過大或灰中帶水，及時清理保證排灰暢通。

5 項目效果

經第三方測試，空氣預熱器高壓在線水沖洗系統具有以下性能優勢：（1）空氣預熱器阻力下降：投運前空氣預熱器阻力為2.5kPa，投運后阻力下降至1.2kPa。（2）系統運行平穩流暢，無卡澀現象。（3）系統靈活性高，可根據實際情況調節沖洗壓力和周期。（4）沖洗水量小：在線沖洗時煙氣溫度在300℃以上，沖洗水隨煙氣蒸發，無需排水措施。（5）安裝簡單。本體設備較小，安裝工期短。除煙道開孔外，其他設備可在鍋爐運行中安裝完成。

6 結束語

該項目設計研發的在線高壓水沖洗系統投入運行后，機組空氣預熱器阻力由2.5kPa 降至1.2kPa；系統運行平穩無卡澀，相比同廠其他機組沖洗水系統的穩定性高；PLC 控制系統操作簡單，靈活性高，可實時在線調節沖洗時間和次數。與采用其他品牌在線沖洗系統的機組相比，單臺機組節約投資30 ～45 萬元；與離線水沖洗相比，離線水沖洗單臺機組運行成本40 萬元/年，高壓在線水沖洗系統單臺機組運行成本僅2 萬元/年，且能夠避免因空氣預熱器堵塞造成非計劃停機（若因空氣預熱器堵塞造成非計劃停機，電廠直接經濟損失在50萬/次左右）。因此，高壓在線水沖洗系統以較低的投入達到了最佳的性能效果，是治理燃煤電廠空氣預熱器堵塞的最直接、有效、經濟的技術方案。