空預器蓄熱元件在線水沖洗及腐蝕堵灰問題分析

江蘇國華陳家港發電有限公司 劉海峰 謝興運 黃敏智

江蘇某發電廠的2×660MW 鍋爐是上海鍋爐廠有限公司設計的660MW 超超臨界壓力直流鍋爐。鍋爐單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、Π 型露天布置、固態排渣、全鋼架懸吊結構。爐后尾部布置兩臺轉子直徑為16370mm 的三分倉容克式空氣預熱器。空氣預熱器采用垂直軸三分倉（一次風、二次風和煙氣側）布置，是一種以逆流方式運行的再生式熱交換器，煙氣自上而下流動，空氣自下而上，通過傳熱片吸收熱量而得到預熱，實現煙氣與空氣的熱交換。

1號機組在執行電網調度經過深度調峰后，出現了爐膛負壓、一次風壓和1B 空預器差壓波動異常：爐膛負壓在±500Pa、一次風壓在5.6～7.8kPa、1B空預器差壓在0.6～1.1kPa 范圍內波動，對鍋爐的安全運行和運行控制安全帶來了隱患。火力發電中加裝脫硫脫硝裝置成為趨勢，但火電廠加裝SCR 脫硝裝置后易出現空氣預熱器腐蝕和堵灰問題，導致爐膛負壓、一次風壓和空預器差壓波動異常，鍋爐不安全穩定系數增大。因此空預器在線高壓水沖洗在保障機組安全穩定運行是很有必要的。

1 空預器蓄熱元件在線水沖洗方案及沖洗效果

基于其他電廠的脫硝氨逃逸控制、空預器硫酸氫銨運行熱解和在線沖洗施工等方案，在技術專業人員多方思考，確定采用空預器熱態蓄熱元件在線水沖洗方案。

在空預器吹灰平臺外一側搭設操作平臺腳手架，做一個12×0.25m 長方形軌道用于架設高壓水槍的四輪式沖洗車及拉桿，拉桿長度為8米。把軌道和沖洗車放到操作平臺上，在空預器煙氣側冷端殼體傳熱元件下方位置割孔，孔洞在冷端吹灰器左下方1m位置，孔洞尺寸為300×400mm。軌道安裝后，操作人員要把高壓水槍及拉桿固定在軌道中的沖洗車上，再把軌道后方用手導鏈固定到外邊鋼梁上，利用開孔的底部為支點，然后將軌道慢慢推入空預器本體距離中心筒約0.3米。推軌道的同時，要用導鏈把軌道拉緊，防止軌道前傾，導致軌道不平衡，軌道到位后，外部用槽鋼將軌道焊接固定在鋼梁上。

軌道架設完畢后，作業人員開始清洗時要從預熱器換熱元件靠中心處逐步往外進行沖洗，高壓水槍噴嘴為垂直往上90度；沖洗時要根據空預器轉速和高壓水槍的穿透力來控制沖洗時間和沖洗跑車拉動距離，沖洗時由里往外步退每次5cm，最內側點停留時間初始為5分鐘，每往外步退15次，增加5分鐘沖洗時間，并觀察沖洗后壓差變化，適當調整各部的沖洗時間。沖洗車垂直往上仰洗，把冷端、熱端附著垢質進行清除、疏通；堵塞的灰垢經高壓水穿透水隨煙氣蒸發，從而使冷端、熱端完全疏通，清除空預器內板間夾雜的垢物，達到清洗目的，如經過一次沖洗未能將空預器差壓降低至1400Pa 以下，應進行多次沖洗，待空預器阻力不再持續下降時，停止沖洗。

水源采用#2爐磨煤機零米雜用水，沖洗時水流量為40～60L/min（通過高壓柱塞泵擠壓后所產生的熱度為60～70℃，無需再進行沖洗水加熱），現場照明電源設施應充足。在線清洗時，空預器排煙溫度不低于110℃，低于105℃停止沖洗，沖洗水由高溫煙氣蒸發，不另外設置排污系統。沖洗過程安排專人與運行聯系，一旦接到運行停止沖洗指令，立即停止沖洗；并在接到運行可以恢復沖洗指令后，方可再進行沖洗。

對1號機組空預器進行在線水沖洗。沖洗過程中，開始階段爐膛負壓波動幅度較未沖洗時明顯減小，在線沖洗對降低鍋爐爐膛壓力明顯。隨著1號空預器在線沖洗時間的延長，爐膛負壓波動基本無較大變化，此時波動基本均恢復至正常范圍。這主要由于空預器蓄熱元件上堵塞物在初始沖洗階段較容易沖刷掉，煙氣與一二次風流通通暢，爐膛負壓波動幅度明顯減小。隨著在線沖洗的深入，剩余的蓄熱元件堵塞物量已不多，爐膛壓力波動恢復正常，無明顯變化。在3月10日前后空預器壓差波動劇烈，隨著空預器蓄熱元件在線沖洗，空預器差壓波動范圍0.6～0.8kPa，較沖洗前波動幅度明顯減小。一次風母管壓力變化趨勢如圖1所示，通過一次風母管壓力曲線可以看出沖洗效果較為明顯，一次風母管壓力波動范圍6.6～7.6kPa，比沖洗前波動幅度減小。

綜上，通過空預器蓄熱元件在線水沖洗，爐膛負壓、一次風壓和空預器差壓波動異常等問題得到了有效控制，使機組恢復正常運行，保障了各個設備的安全穩定工作。

2 故障原因分析

2020年年初至今，機組經過多次深度調峰，對機組安全穩定運行造成了深遠影響。在深度調峰期間，機組負荷保持在40%左右，其中煙速比平常運行時偏低，比較容易讓煙氣灰塵在空預器蓄熱元件上沉積，蓄熱元件積灰板結，使之空預器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預器進出口的壓差波動增大，空氣預熱器漏風率增大的風險急劇增加。

漏風率[1]的大小對鍋爐運行的經濟性有很大影響。空預器的漏風使得空氣直接進入煙道有引增風機抽走，使得送、引、一次風機耗電量增大。同時，漏風使得煙氣排煙過剩，空氣系數增大，進一步增加排煙熱損失，使得鍋爐熱效率降低。若漏風嚴重，會使送入爐膛的風量不足，導致鍋爐的機械未完全燃燒熱損失和化學未完全燃燒熱損失增加，另外，由于供氧不足還會形成還原性氣氛，使灰渣熔點下降，引起爐膛結渣及高溫腐蝕，甚至限制鍋爐出力。

高硫煤是指含硫量大于3%的煤。含硫量小于1%的是低硫煤，含硫量1～3%的為中硫煤。摻燒的煤含硫率較高加上頻繁的深度調峰，煙氣中的硫分含量增多，導致SCR 里的催化劑再生后的性能異常下降。鍋爐爐膛煙氣的氮氧化合物參與的化學反應，主要化學反應式為：6NO+4NH3=5N2+6H2O、8NH3+6NO2=7N2+12H2O。

深度調峰負荷低，煙氣溫度偏低，氨與氮氧化合物的反應不完全，煙氣中單位氮氧化合物含量易超出環保標準。為了使氮氧化合物反應完全，電廠一般設置使噴氨量超出反應的量，且由于煙溫低，造成一定量的氨逃逸。這樣硫化物和氨隨煙氣進入空預器，在蓄熱元件上進行反應，化學反應式為：2NH3+SO2+H2O=(NH4)2SO3+NH3·2H2O、(NH4)2SO3+NH3·2H2O=(NH4)HSO4+H2O、SO3+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+H2O。

硫酸氫銨和亞硫酸銨等易溶于水，對鋼鐵等物質有強烈的腐蝕性，這對空預器設備的安全及壽命有著很大的影響。二次熱風再循環提供的冷風溫度低，空預器冷端綜合溫度低，這也為氨與硫化物反應生成硫酸氫銨和亞硫酸銨創造了條件。空預器進口溫度在320℃左右，出口溫度在120℃。楊建國研究發現[2]，硫酸氫銨的開始生成溫度為230～270℃，峰值溫度為180～240℃，硫酸銨開始生成溫度及峰值溫度總體上比硫酸氫銨低40℃左右。

硫酸氫銨的生成率明顯高于硫酸銨，根據NH3和SO3濃度與物質的量比不同，煙溫到120℃時，硫酸氫銨的生成率為64%～90%，硫酸銨的生成率為6%～15%，硫酸氫銨的生成率為硫酸銨的6～10倍。反應物濃度的增加會促進硫酸氫銨和硫酸銨的生成，且SO3較NH3更有利于硫酸氫銨的生成。硫酸氫銨和硫酸銨生成份額隨溫度的變化呈單峰狀，且隨著反應物濃度的增加，其峰值所在的溫度區間逐漸升高，這造成空預器蓄熱元件易硫酸氫銨沉積。由于空預器較長時間的運行造成蓄熱元件局部受損粗糙度增加，這些影響也使得蓄熱元件積灰板結，使之空預器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預器進出口的壓差波動增大。

由于煙氣灰塵沉積、硫酸氫銨和亞硫酸銨的生成及分布不均勻、空預器較長時間的運行造成蓄熱元件局部受損粗糙度增加，導致蓄熱元件積灰板結，板面增厚，空預器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預器進出口的壓差波動增大。空預器進出口壓差波動增大，增大了空預器的漏風率，空氣側的一部分一二次風進入煙氣側。單位時間內進入爐膛的二次風和流經一次風母管的空氣量減少，造成爐膛和一次風母管壓力劇烈波動。

綜上，空預器蓄熱元件在線水沖洗效果明顯，爐膛負壓、一次風壓和空預器差壓波動異常等問題得到了有效控制，使機組恢復正常運行，保障了各個設備的安全穩定工作。通過研究分析得到，深度調峰負荷低、噴氨不均、催化劑再生后的性能異常下降、燃煤硫分增加、蓄熱元件局部受損粗糙度增加、二次熱風再循環提供的冷風溫度低是造成此次故障的主要原因。