燃煤火電機(jī)組空氣預(yù)熱器堵灰治理技術(shù)研究

引言

目前,國(guó)內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組安裝sCR后,空預(yù)器堵塞問(wèn)題非常普遍。如運(yùn)行中空預(yù)器堵塞嚴(yán)重,將導(dǎo)致?tīng)t膛負(fù)壓波動(dòng)增大,風(fēng)機(jī)出力增加,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生失速,影響機(jī)組帶負(fù)荷能力甚至機(jī)組的運(yùn)行安全:同時(shí)排煙溫度、漏風(fēng)率增大,降低了鍋爐效率。sCR裝置氨逃逸,特別是在低溫低負(fù)荷運(yùn)行條件下,極易造成噴氨過(guò)量,在空預(yù)器冷端生成硫酸氫銨,是導(dǎo)致空預(yù)器堵塞的主要原因。此外,煤質(zhì)、空預(yù)器冷端綜合溫度、催化劑活性、低負(fù)荷等因素也會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。

1空預(yù)器堵塞機(jī)理

(1)硫酸氫銨堵塞:燃煤發(fā)電機(jī)組安裝sCR脫硝系統(tǒng)后,脫硝反應(yīng)器中逃逸的氨易與煙氣中硫的氧化物反應(yīng)生成硫酸氫銨。在150~220℃溫度區(qū)間,硫酸氫銨是一種高黏性液態(tài)物質(zhì),會(huì)粘結(jié)飛灰,堵塞空預(yù)器。

(2)冷端低溫酸腐蝕:冬季環(huán)境溫度低導(dǎo)致空預(yù)器冷端溫度偏低,煙氣中的硫酸蒸汽結(jié)露附著在傳熱元件上,造成空預(yù)器冷端酸腐蝕,加劇了空預(yù)器的積灰、堵塞情況。

(3)吹灰不當(dāng):吹灰?guī)驼羝麉?shù)選擇不當(dāng)會(huì)造成換熱元件破損,積灰板結(jié)堵塞。

2空氣預(yù)熱器堵灰治理技術(shù)路線

2.1暖風(fēng)器技術(shù)路線

2.1.1暖風(fēng)器防堵灰技術(shù)內(nèi)容及原理

鍋爐暖風(fēng)器是利用汽輪機(jī)低壓抽汽加熱空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣的熱交換器。鍋爐暖風(fēng)器安裝在送風(fēng)機(jī)出口與空氣預(yù)熱器入口之間,故又稱(chēng)前置式空氣預(yù)熱器。加裝暖風(fēng)器,可使進(jìn)入空氣預(yù)熱器的空氣溫度升高,空氣預(yù)熱器壁溫升高,提高空預(yù)器的冷段綜合溫度,從而防止低溫腐蝕和硫酸氫銨板結(jié)。暖風(fēng)機(jī)改造系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

在機(jī)組啟動(dòng)階段,暖風(fēng)器一般以輔助蒸汽為熱源,對(duì)一次風(fēng)、二次風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱,在正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)切至機(jī)組的四級(jí)抽汽。從輔汽母管或四級(jí)抽汽來(lái)的蒸汽通過(guò)位于暖風(fēng)器進(jìn)口的調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入甲側(cè)和乙側(cè)暖風(fēng)器,疏水排至暖風(fēng)器疏水箱,再通過(guò)暖風(fēng)器疏水泵回收至低壓加熱器或高壓凝汽器。

與所有的加熱器一樣,蒸汽在凝結(jié)過(guò)程中總會(huì)產(chǎn)生部分不凝結(jié)氣體,為防止不凝結(jié)氣體積聚,在暖風(fēng)器疏水箱的頂部至凝汽器設(shè)置了排氣管路,通過(guò)排氣管路上的節(jié)流孔板同凝汽器相連。在暖風(fēng)器投運(yùn)時(shí)應(yīng)確保該回路暢通,以保證暖風(fēng)器能正常疏水,提高暖風(fēng)器的投運(yùn)效果。

2.1.2暖風(fēng)器技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):

(1)提高冷段綜合溫度,減緩空預(yù)器堵塞。(2)提高熱一次風(fēng)、二次風(fēng)溫度,提高鍋爐效率。缺點(diǎn):

(1)暖風(fēng)器安裝在二次風(fēng)道中,為保障換熱效率,通常布置較為緊湊,增加了風(fēng)道的阻力。暖風(fēng)器增加阻力200~300Pa,影響廠用電率約0.02%。

(2)暖風(fēng)器的加熱源一般使用輔汽或四抽汽源,蒸汽品質(zhì)較高,與此同時(shí),暖風(fēng)機(jī)的加入對(duì)排煙溫度影響較大,降低了整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行效率,單純?cè)黾优L(fēng)器會(huì)提高煤耗1.5g/kwh左右。

(3)暖風(fēng)器存在泄漏、堵灰風(fēng)險(xiǎn),后續(xù)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.2煙冷器—暖風(fēng)器技術(shù)路線

2.2.1煙冷器一暖風(fēng)器防堵灰技術(shù)內(nèi)容及原理

煙冷器是加裝在鍋爐尾部煙道的受熱面。凝結(jié)水在煙冷器內(nèi)吸收排煙熱量,降低排煙溫度,自身被加熱后再返回凝結(jié)水系統(tǒng),從而達(dá)到深度回收煙氣余熱、降低煤耗的作用。煙冷器一暖風(fēng)器基本原理與暖風(fēng)器防堵技術(shù)路線相同:區(qū)別是暖風(fēng)器熱源利用煙冷器中回收的熱量,從而達(dá)到熱平衡的目的,基本不增加煤耗。

2.2.2煙冷器一暖風(fēng)器技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):

(1)提高冷段綜合溫度,減緩空預(yù)器堵塞。

(2)提高熱一次風(fēng)、二次風(fēng)溫度,提高鍋爐效率。

(3)因其使用熱源為煙冷器熱源,故基本不增加煤耗,在高負(fù)荷時(shí)能降低煤耗。

缺點(diǎn):

(1)煙冷器和暖風(fēng)器分別安裝在二次風(fēng)道和尾部煙道中,為保障換熱效果,通常結(jié)構(gòu)緊湊。煙冷器增加阻力400~500Pa,影響廠用電率約0.04%:暖風(fēng)器增加阻力200~300Pa,影響廠用電率約0.02%。

(2)煙冷器由于布置在尾部煙道中,煙氣溫度很低,酸腐蝕非常嚴(yán)重,存在較大的泄漏和堵塞風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家電廠發(fā)生了因煙冷器泄漏和堵塞導(dǎo)致機(jī)組限負(fù)荷的不安全事件。

(3)系統(tǒng)投資成本非常高。

2.3空預(yù)器風(fēng)量分切技術(shù)路線

2.3.1風(fēng)量分切防堵灰技術(shù)內(nèi)容及原理

針對(duì)空預(yù)器的堵灰機(jī)理,風(fēng)量分切防堵灰改造技術(shù)是利用空預(yù)器自身產(chǎn)生的熱風(fēng)對(duì)冷端蓄熱板進(jìn)行加熱,加熱的對(duì)象為即將進(jìn)入煙氣側(cè)的蓄熱板,即冷端蓄熱板的最冷狀態(tài)。在空氣預(yù)熱器本體上重新分隔出一個(gè)分切風(fēng)分倉(cāng)(圖2),并安裝分切風(fēng)道(圖3),利用分切風(fēng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)道內(nèi)的空氣循環(huán),空氣在分切風(fēng)道中不斷循環(huán),分切風(fēng)在空預(yù)器熱端吸熱,生成300℃左右的熱風(fēng),熱風(fēng)從下端進(jìn)入空預(yù)器冷端,對(duì)冷端進(jìn)行加熱,放出熱量,每循環(huán)一次完成一次吸放熱,相當(dāng)于利用空預(yù)器熱端熱量加熱冷端。

抽取熱二次風(fēng)對(duì)空預(yù)器冷端換熱元件進(jìn)行循環(huán)加熱,由于熱二次風(fēng)穿過(guò)換熱元件循環(huán)流動(dòng),連續(xù)不斷地對(duì)換熱元件進(jìn)行吹掃、清洗,使硫酸氫銨難以在換熱元件上聚結(jié),從而達(dá)到防堵的目的。

2.3.2風(fēng)量分切技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):

(1)有針對(duì)性地加熱即將結(jié)露的部分,解決低溫結(jié)露問(wèn)題,減緩空預(yù)器堵塞。

(2)不需要外接熱源,由于分切風(fēng)在循環(huán)過(guò)程中先吸熱后放熱,相當(dāng)于既不放熱也不吸熱,對(duì)排煙溫度影響較小。

(3)蒸汽吹灰頻率降低,節(jié)約了能耗,正常吹灰每天3次,改造后最多每天1次,按每天1次測(cè)算,約降低煤耗0.11g/kwh。

(4)經(jīng)過(guò)改造之后,由于分切風(fēng)倉(cāng)與煙氣側(cè)的壓差要小于一次風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)的壓差,因此減少了煙氣中漏入空氣的量,降低了漏風(fēng)率。

缺點(diǎn):增加了2臺(tái)400kw分切風(fēng)機(jī),電機(jī)額定電流44.7A,變頻控制,預(yù)計(jì)增加廠用電率0.1%。

2.4熱風(fēng)再循環(huán)技術(shù)路線

2.4.1熱風(fēng)再循環(huán)防堵灰技術(shù)內(nèi)容及原理

熱風(fēng)再循環(huán)(圖4)是在空氣預(yù)熱器二次風(fēng)出口處設(shè)一段風(fēng)道,另一端連接到送風(fēng)機(jī)之前的冷風(fēng)入口處,從預(yù)熱器出口中抽出一部分熱風(fēng),與入口的冷風(fēng)混合,以提高入口風(fēng)溫,從而提高冷端溫度。

2.4.2熱風(fēng)再循環(huán)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):

(1)熱風(fēng)再循環(huán)技術(shù)改造成本低,只需要增設(shè)一段風(fēng)管。

(2)系統(tǒng)停用時(shí)對(duì)空預(yù)器運(yùn)行沒(méi)有影響。

缺點(diǎn):

(1)使風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量加大,預(yù)熱器二次風(fēng)側(cè)阻力也增大,從而提高了送風(fēng)機(jī)的電耗。

(2)由于漏風(fēng)引起的熱風(fēng)中含有大量灰分,進(jìn)入送風(fēng)機(jī)后磨損送風(fēng)機(jī)葉片。

(3)熱風(fēng)再循環(huán)技術(shù)只能很小幅度地提高送風(fēng)機(jī)入口風(fēng)溫,實(shí)際上很難滿(mǎn)足冬季提高冷段綜合溫度的要求。

2.5空預(yù)器3.5°分倉(cāng)改造

2.5.1空預(yù)器3.5°分倉(cāng)技術(shù)內(nèi)容及原理

空預(yù)器3.5°分倉(cāng)是設(shè)一臺(tái)回收風(fēng)機(jī)回收高溫含塵的空預(yù)器漏風(fēng)至二次風(fēng)側(cè)冷端,建立局部高溫、高流速防堵灰分倉(cāng)或通道,通過(guò)高溫?zé)峤夂惋w灰磨蝕的雙重作用,實(shí)時(shí)清除蓄熱元件表面的酸液和積灰,保持蓄熱元件的持續(xù)清潔。其原理與空預(yù)器風(fēng)量分切防堵技術(shù)類(lèi)似,但其熱風(fēng)源為空預(yù)器熱段的漏風(fēng)。

2.5.2空預(yù)器3.5°分倉(cāng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):由于是抽取漏風(fēng)作為熱風(fēng)源,可以有效降低空預(yù)器漏風(fēng),低至4%以下。

缺點(diǎn):漏風(fēng)量有限,很難達(dá)到理想效果,如果為達(dá)到效果大量抽取漏風(fēng),由于空預(yù)器漏風(fēng)主要是一次風(fēng),則存在一次風(fēng)量不足的風(fēng)險(xiǎn)。

2.6空預(yù)器一次風(fēng)、二次風(fēng)熱風(fēng)清洗技術(shù)

2.6.1空預(yù)器一次風(fēng)、二次風(fēng)熱風(fēng)清洗技術(shù)內(nèi)容及原理

空預(yù)器一次風(fēng)、二次風(fēng)熱風(fēng)清洗技術(shù)(圖5)是在熱一次風(fēng)母管上抽取一定量的熱風(fēng),在冷端二次風(fēng)側(cè)新增隔離結(jié)構(gòu)形成單獨(dú)的清洗分倉(cāng),利用循環(huán)風(fēng)管道將熱風(fēng)引入清洗分倉(cāng)中,利用熱一次風(fēng)和冷二次風(fēng)之間的壓力差作為循環(huán)動(dòng)力,熱端不需做任何改動(dòng),清洗風(fēng)混入熱二次風(fēng)進(jìn)入爐膛。

2.6.2空預(yù)器一次風(fēng)、二次風(fēng)熱風(fēng)清洗技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):

(1)方式簡(jiǎn)單,對(duì)冷端蓄熱元件環(huán)境溫度有所提高。

(2)改造成本較低。

缺點(diǎn):清洗熱風(fēng)取自一次風(fēng)母管,若抽風(fēng)量小,很難達(dá)到理想效果,若大量抽取熱一次風(fēng),則存在一次風(fēng)量不足的風(fēng)險(xiǎn),會(huì)對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行造成很大的安全隱患,不建議采用一次風(fēng)風(fēng)源。

3不同技術(shù)路線的對(duì)比

不同技術(shù)路線的對(duì)比情況如表1所示。

4結(jié)語(yǔ)

本文介紹了6種空預(yù)器防堵的技術(shù)路線,相對(duì)比來(lái)看,空預(yù)器風(fēng)量分切、暖風(fēng)器、煙冷器一暖風(fēng)器三種技術(shù)路線都能較為可靠地解決或緩解空預(yù)器堵灰問(wèn)題。空預(yù)器3.55分倉(cāng)和一次風(fēng)、二次風(fēng)熱風(fēng)清洗兩種技術(shù)路線原理與風(fēng)量分切技術(shù)路線相似,雖然這兩種技術(shù)路線投資少,但因抽取風(fēng)量少,無(wú)法解決空預(yù)器堵塞問(wèn)題。對(duì)于影響燃煤電廠安全生產(chǎn)的問(wèn)題,解決隱患是重中之重,電廠應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇最適合的技術(shù)路線。