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    600MW 火電機(jī)組空氣預(yù)熱器積灰與在線處理

    2015-01-13 01:47:12解文利
    山西焦煤科技 2015年1期
    關(guān)鍵詞:武鄉(xiāng)積灰吹灰

    解文利

    (武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司 發(fā)電運(yùn)行部 山西 長治 046300)

    近年來,我國的電力工業(yè)發(fā)展迅速,取得了巨大的成就,正向著大機(jī)組、高參數(shù)、大電網(wǎng)、高電壓、高度自動化方向迅猛發(fā)展。我國現(xiàn)裝機(jī)容量已達(dá)到5.82億kW,并且還在穩(wěn)步增長,目前我國發(fā)電機(jī)組已進(jìn)入了600MW、100MW、120MW 高負(fù)荷、大容量時代。而選配裝機(jī)容量達(dá)600MW 或更高容量機(jī)組的鍋爐時,一般采用構(gòu)造緊密、體積小、金屬耗量較少的回轉(zhuǎn)式又稱容克式空氣預(yù)熱器。武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司#1、#2號機(jī)組(600MW)鍋爐是武漢鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界強(qiáng)制循環(huán)鍋爐,其配置了三分倉容克式空氣預(yù)熱器。但容克式空氣預(yù)熱器構(gòu)造比較復(fù)雜,由于通流截面積較小,稍有積灰即可使通過截面流體的阻力增加,因此,易發(fā)生堵灰和低溫腐蝕。本文分析了武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限公司三分倉容克式空氣預(yù)熱器積灰的形成機(jī)理及其對運(yùn)行機(jī)組產(chǎn)生的危害,并提出了防止積灰和在線處理的辦法。

    1 空氣預(yù)熱器積灰的形成原理

    對于固態(tài)排渣的煤粉爐,煙氣中含有大量的飛灰,飛灰的粒徑一般小于200μm,大部分為20~30μm.當(dāng)攜帶著飛灰的煙氣流經(jīng)預(yù)熱器的傳熱元件波紋板時,由于以下原因使飛灰沉積在受熱面上,形成積灰。

    1)當(dāng)含灰煙氣沖刷波紋板時,在板的背風(fēng)面會產(chǎn)生渦流區(qū)。大顆灰粒由于其慣性大,不易卷入渦流;而小灰粒(小于30μm,尤其是小于10μm的細(xì)灰粒)則易進(jìn)入渦流區(qū)。此時,它們中的一部分灰粒碰到金屬壁后,由于受到分子吸力及靜電引力的作用,使部分灰粒吸附在波紋板上,形成疏松的積灰。

    2)由于波紋板金屬壁的凹凸不平(尤其在發(fā)生低溫腐蝕的情況下,壁表面更顯得粗糙、不平),在摩擦力的作用下,亦能掛住部分微小的灰粒,此時所形成的積灰也是疏松的。

    3)當(dāng)受熱面壁溫較低時,使煙氣中的水蒸氣或硫酸蒸氣在受熱面上發(fā)生凝結(jié)時,潮濕的表面會將部分灰粒黏住,此時積灰被“水泥化”,形成低溫黏結(jié)灰。

    其中空氣預(yù)熱器低溫黏結(jié)灰的形成有兩種原因:

    a)煙氣中含水量大約10%左右,該廠使用煤種又含有較高硫分,燃燒后形成SO2,其中一部分SO2會進(jìn)一步氧化成SO3.SO3和煙氣中的水蒸氣在高溫下結(jié)合成硫酸蒸汽,低溫腐蝕的產(chǎn)物低價鐵硫酸鹽、鐵的氧化物和硫酸蒸汽與飛灰反應(yīng),生成酸性黏結(jié)灰:

    xCaO.yAl2O3.SiO2+(x+3y)H2SO4→xCaSO4+yAl2(SO4)3+SiO2+(x+3y)H2O

    Fe3O4+4H2SO4→FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O

    3Fe+4H2SO4+2O2→FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O

    b)因吹灰疏水溫度未達(dá)到要求從而使吹灰蒸汽帶水或吹灰用的蒸氣冷凝成水,滲到積灰層形成水泥狀物質(zhì)。

    除以上原因外,武鄉(xiāng)電廠鍋爐為了使煙氣中的NOx的排放量達(dá)到國家環(huán)保部門的要求,在空氣預(yù)熱器前加裝了脫硝系統(tǒng)設(shè)備。在脫硝系統(tǒng)中加入適量的氨氣作為催化劑將NOx還原為氮?dú)猓赐耆磻?yīng)的氨氣即伴隨煙氣與三氧化硫形成硫酸氨鹽類沉積在空氣預(yù)熱器換熱片上,造成其堵塞、磨損、腐蝕等。

    2 空氣預(yù)熱器積灰對運(yùn)行機(jī)組產(chǎn)生的危害

    1)空氣預(yù)熱器積灰后,由于灰的導(dǎo)熱系數(shù)小,因此,積灰使熱阻增加,熱交換惡化,以致排煙溫度升高,使排煙熱損失增大,鍋爐熱效率降低,鍋爐出力降低,并影響鍋爐壽命。

    2)空氣預(yù)熱器堵灰,增加了風(fēng)煙道阻力,也增加了該廠10kW風(fēng)煙系統(tǒng)輔機(jī)的廠用電率。在額定發(fā)電功率下,武鄉(xiāng)電廠#1鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰時引風(fēng)機(jī)電流高達(dá)270~280A(正常值:190A)、送風(fēng)機(jī)電流194A(正常值:121A),且造成鍋爐正壓(平均:+50~+200 Pa)運(yùn)行,而正壓燃燒又極易引起受熱面結(jié)焦,影響傳熱效果,并可能造成鍋爐爆燃,發(fā)生惡性事故。

    3)空氣預(yù)熱器積灰后會促使受熱面金屬產(chǎn)生低溫腐蝕。受熱面上積灰后會吸收水分和SO3以及其它腐蝕性氣體,使受熱面的腐蝕速度加快。而水蒸氣和硫酸蒸氣的凝結(jié),不僅造成受熱面的腐蝕,同時潮濕的波紋板表面能捕集煙氣中的飛灰,形成低溫黏結(jié)性積灰,使受熱面的積灰程度加劇。尤其是受熱面的沉積物與硫酸液起化學(xué)變化,會在空氣預(yù)熱器上形成復(fù)合硫酸鐵鹽為基質(zhì)的水泥狀物質(zhì),使積灰呈硬結(jié)狀(酸灰垢),造成氣流通道堵塞,而且所形成的硬灰垢是不易清除的。

    3 影響空氣預(yù)熱器積灰的因素及防范措施

    3.1 提高空氣預(yù)熱器冷段壁溫

    使空氣預(yù)熱器冷段壁面溫度始終保持高于煙氣露點(diǎn),是防止空氣預(yù)熱器積灰的最有效方法。因此,該廠一、二次風(fēng)機(jī)加裝暖風(fēng)器來提高空氣預(yù)熱器入口一、二次風(fēng)溫度,從而提高空氣預(yù)熱器冷端換熱元件壁溫。其目的是為了防止硫酸蒸汽在蓄熱片表面凝結(jié)并黏結(jié)飛灰顆粒。但鍋爐排煙溫度的升高會使鍋爐排煙熱損失增加,因此,必須提高空氣預(yù)熱器入口冷風(fēng)溫度。根據(jù)武鄉(xiāng)電廠目前燃用煤種的硫分計(jì)算,冷端綜合溫度約為160~170℃,根據(jù)負(fù)荷的變化,排煙溫度在125~145℃,需控制暖風(fēng)器后一、二次風(fēng)溫20~30℃,并根據(jù)負(fù)荷及煙溫的變化進(jìn)行手動修正。提高空氣預(yù)熱器入口一次風(fēng)溫度與二次風(fēng)溫度,特別是在負(fù)荷低谷時,排煙溫度較低時作用更大。

    3.2 吹灰器位置和吹灰時間及次數(shù)

    該廠空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子傳熱元件結(jié)構(gòu)中,傳熱元件沿轉(zhuǎn)子由低到高分為熱端層、中間層及冷端層3層,以使容易受低溫腐蝕的冷端傳熱元件便于翻轉(zhuǎn)和調(diào)換使用外,還采用了厚度為1.2mm的耐酸腐及耐磨的柯坦鋼,制作成冷段傳熱元件,以增加其抗腐蝕抗磨損的性能。根據(jù)工作環(huán)境和材質(zhì)的不同,其吹灰器布置有2臺,1臺位于煙氣入口,另1臺位于煙氣出口。實(shí)際運(yùn)行過程中,控制其吹灰器提升閥后壓力0.95~1.10MPa,且空氣預(yù)熱器吹灰蒸汽至少應(yīng)有130℃的過熱度。正常情況下,蒸汽吹灰次數(shù)為每班一次,吹灰順序?yàn)橄壤涠撕鬅岫嗽倮涠?。吹灰前整個系統(tǒng)必須充分暖管,疏水溫度要達(dá)到300℃以上,防止?jié)裾羝M(jìn)入空氣預(yù)熱器加劇堵灰。

    3.3 煙氣脫硝工藝中催化劑NH3的合理噴量

    為了降低燃煤電廠煙氣中NOx的排出量,采用NH3作為催化劑,進(jìn)行脫硝處理?;瘜W(xué)反應(yīng)原理:

    4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

    如果投入的氨量過于充足,未來得及反應(yīng)的氨氣就隨著煙氣與二氧化硫、三氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成硫酸氨鹽類,沉積在空氣預(yù)熱器換熱片上,造成其堵塞、磨損、腐蝕等。

    3.4 煙氣入口側(cè)NOx濃度與出入口壓差

    通過運(yùn)行實(shí)際情況,空氣預(yù)熱器煙氣入口側(cè)NOx濃度的高低直接影響出入口壓差,即壓差越大,說明空氣預(yù)熱器積灰越嚴(yán)重。武鄉(xiāng)電廠#2鍋爐空氣預(yù)熱器煙氣入口側(cè)NOx濃度與出入口壓差運(yùn)行曲線圖見圖1.因此,在運(yùn)行過程中要通過對鍋爐的燃燒調(diào)整盡量降低空氣預(yù)熱器煙氣入口側(cè)NOx濃度,(比如降低氧量、關(guān)小底層磨容量風(fēng)擋板等)以確??諝忸A(yù)熱器不堵灰。

    圖1 空氣預(yù)熱器入口側(cè)NOx濃度與出入口壓差運(yùn)行曲線圖

    4 空氣預(yù)熱器積灰在線處理

    由于空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重,先對空氣預(yù)熱器冷端進(jìn)行在線水沖洗,具體操作步驟如下:

    以該廠#11空氣預(yù)熱器為例:

    1)開啟底部煙道放水門。關(guān)閉#11、#12冷端吹灰器蒸汽來汽手動門;開啟爐零米高壓沖洗泵來水手動門,開啟高壓沖洗泵出口至#11空氣預(yù)熱器沖洗手動門(檢查#12空氣預(yù)熱器沖洗手動門關(guān)閉)。

    2)檢查#11空氣預(yù)熱器吹灰就地控制盤后各切換把手切至“搖控位”、“高壓水沖洗”位置;在DCS上將空氣預(yù)熱器吹灰器選擇至“PMP2”在線高壓水位置(“PMP1”為蒸汽吹灰,“PMP3”為離線高壓水沖洗)。

    3)就地啟動高壓沖洗水泵,檢查出口壓力緩慢升至25MPa,啟動AH2空氣預(yù)熱器,檢查就地吹灰器進(jìn)到位(退行程約206min).檢查退出后,再啟動AH2空氣預(yù)熱器進(jìn)行下一次吹掃。

    4)沖洗期間,加強(qiáng)引、送、一次風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)壓、風(fēng)溫、空氣預(yù)熱器差壓監(jiān)視,每小時對參數(shù)進(jìn)行記錄。

    5)巡檢要求:每小時巡檢一次,檢查零米高壓沖洗水泵電流140~160A(額定電流240A),泵入口濾網(wǎng)前后壓力表壓差不大于0.2MPa(否則,聯(lián)系該廠設(shè)備部停泵清理),泵出口壓力在25MPa左右;13.7 m吹灰器密封風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常,高壓水壓力24~25 MPa,無跑水現(xiàn)象。

    6)高壓水沖洗結(jié)束后,就地停運(yùn)高壓沖洗水泵,關(guān)閉入口手動門,關(guān)閉13.7m高壓沖洗泵出口至#11空氣預(yù)熱器沖洗手動門;檢查#11空氣預(yù)熱器吹灰就地控制盤后將切換把手切至“蒸汽吹灰”位置,開啟#11空氣預(yù)熱器冷端吹灰器蒸汽來汽手動門,在DCS上將空氣預(yù)熱器吹灰器選擇至“PMP1”蒸汽吹灰位置,恢復(fù)空氣預(yù)熱器正常吹灰。

    7)如高壓沖洗泵跳閘,關(guān)閉泵入口手動門,將#11空氣預(yù)熱器吹灰就地控制盤后,切換把手切至“近控位”,就地按“退出”按鈕,檢查吹灰器退出。聯(lián)系該廠設(shè)備部檢修高壓沖洗水泵。通過兩側(cè)AH均水洗結(jié)束后,鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)恢復(fù)正常。

    8)系統(tǒng)恢復(fù)后,武鄉(xiāng)電廠#1鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰及水洗后各運(yùn)行參數(shù)見表1.

    表1 #1鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰及水洗后各運(yùn)行參數(shù)表

    5 結(jié)束語

    西山武鄉(xiāng)電廠600MW 火電機(jī)組若因鍋爐的空氣預(yù)熱器積灰堵塞被迫降負(fù)荷會給煤礦生產(chǎn)帶來較大的影響,造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。所以,在實(shí)際運(yùn)行中通過采取措施避免了事故的發(fā)生。

    1)做好減輕和防止空氣預(yù)熱器積灰的措施:a)提高空氣預(yù)熱器冷段壁面的溫度。b)正確設(shè)計(jì)布置空氣預(yù)熱器吹灰裝置和合理的吹灰時間及次數(shù)。

    2)若發(fā)生空氣預(yù)熱器積灰堵塞而吹灰器無法清除其沉積物,機(jī)組可以利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時降負(fù)荷進(jìn)行空氣預(yù)熱器在線水洗。

    3)優(yōu)化脫硝裝置運(yùn)行方式:a)控制噴氨量,減少氨逃逸,并利用檢修機(jī)會對脫硝裝置進(jìn)行檢查,減少催化劑格柵間漏點(diǎn)。b)加強(qiáng)脫硝裝置前后壓差的監(jiān)視,保證聲波吹灰器正常投入,每周進(jìn)行1~2次蒸汽吹灰。c)脫硝裝置吹灰一般在16:00后進(jìn)行,吹灰前充分疏水,疏水溫度不低于350℃.d)根據(jù)脫硝裝置前后壓差變化及時調(diào)整吹灰頻率。

    [1] 劉建民,薛建明,王小明,等.火電廠氮氧化物控制技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2012:165-168

    [2] 容鑾恩,袁鎮(zhèn)福,劉志敏,等.電站鍋爐原理[M].北京:中國電力出版社,1997:204-210.

    [3] 白國亮.鍋爐設(shè)備運(yùn)行[M].北京:中國電力出版社,2005:149-156.

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