浅析空预器堵灰原因及其控制措施

(整期优先)网络出版时间:2020-11-02
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浅析空预器堵灰原因及其控制措施

马超

河北国华沧东发电有限公司( 061113)

【摘 要】:空气预热器作为燃煤电厂风烟系统中重要的辅机,其稳定且经济运行影响到了整个机组煤耗率及安全运行。本文就空预器运行常见的问题——堵灰作出了全面的成因分析,并针对各原因给了几点经过实践验证的可行措施。

【关键词】:空预器堵 煤种选择 氨气逃逸率 水冲洗


空气预热器是利用锅炉等装置的排烟热量来预热的换热器。其作用是降低锅炉等设备的排烟温度,提高热效率;,使燃料易于着火、燃烧稳定和提高燃烧效率

空气预热器发生堵灰,会引起一次风、二次风风压增大、炉膛负压难以维持,并出现摆动现象,摆动周期与空气预热器旋转时间相吻合,严重时导致送、引风机发生喘振、一次风压大幅周期波动,一次风管有堵塞危险,严重影响燃烧安全。空气预热器堵灰还会造成锅炉排烟温度升高,风烟系统阻力增加,一次风、二次风正压侧和烟气负压侧的压差增大,增加了空气预热器漏风,堵灰严重还会影响锅炉的带负荷能力。


一、空预器堵灰可能的原因

1锅炉燃煤煤种不符合设计值

燃煤低位发热量过低,会造成燃煤量、烟气量增大,增加了空预器阻力。灰分过高,造成锅炉各受热面积灰及磨损严重。挥发分过高,引起灰熔点下降,更容易结焦。煤种含硫量过高,会引起烟气露点的降低,导致空预器冷端结露而造成腐蚀。空预器综合冷端温度(空预器进口空气温度与烟气出口平均温度之和)对冷端结露和腐蚀、堵灰影响较大。空预器出口综合冷端温度如低于酸露点温度,空预器冷端很快就会积灰,一周内就形成极难去除的板结垢。冷端温度目标值应根据“综合冷端温度与燃料含硫量变化曲线”确定,并根据燃用煤种性质进行修正,除收到基全硫(St,ar)<0.5%的入炉煤,燃用其他煤种原则上不要低于130℃。


2锅炉启动时制粉系统投入不当

锅炉启动过程中,采用小油枪点火,或是启动磨煤机时,炉膛温度低,煤粉燃烧相对较差,势必会造成飞灰可燃物大量增加。大量或者长时间投运油枪时,未燃尽的油污及未燃烧的煤粉进入空预器增加了堵灰的风险。机组启/停阶段要注重冷端温度控制,投入暖风器或热风再循环努力控制空预器综合冷端温度不低于目标温度。优化锅炉配风,利用烟气再循环,防止过氧(必要时根据CO生成量适度控制低氧)燃烧和炉膛局部温度过高,减少炉内SO3的生成。



3空预器吹灰介质未达到设计值

空预器蒸汽吹灰疏水温度控制在比吹灰母管压力对应的饱和温度高5-20℃范围内,空预器实际排烟温度高于目标综合冷端温度时,取下限,否则取上限。空预器采用蒸汽吹灰时,疏水不畅或时间过短,造成空预器吹灰蒸汽过热度不足,吹灰效果差。有资料指出,空预器吹灰蒸汽过热度应保持在111-130℃。空预器吹灰器故障、减压阀调节性能不好,蒸汽带水,不但减弱吹灰效果,严重时还会在高温下与积灰泥化板结。


4空预器水冲洗不彻底

锅炉每次停炉后,都要进行空预器水冲洗,冲洗过程一定要彻底,可采用透光法等手段进行检查,避免冲洗不彻底,否则会在极短时间内加重堵塞,失去冲洗的意义。C级及以上计划检修时,根据空预器腐蚀、积灰情况把蓄热元件拆包彻底清洗,冷、热端蓄热元件复装时调换位置使用。


5SCR超低排放对空预器的影响

自燃煤电厂环保指标日益严控的趋势下,脱硝系统均采用超低排放标准,空预器压差偏大越加明显,高负荷时达到2.5KPa以上(SCR反应器前后),吹灰器投运后效果不明显,原因分析为5.1空预器硫酸氢氨堵塞。

燃煤锅炉炉膛内烟气中的SO2约有0.5%~1.0%被氧化成SO3。加装SCR系统后,催化剂在把NOx还原成N2的同时,将约1.0%的SO2氧化成SO3。

SCR反应器出口烟气中存在的未反应的逃逸氨(NH3)、SO3及水蒸气反应生成硫酸氢氨或硫酸氨:

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

当烟气中的NH3含量远高于SO3浓度时,主要生成干燥的粉末状硫酸氨,不会对空预器产生粘附结垢。当烟气中的SO3浓度高于逃逸氨浓度时,主要生成硫酸氢氨(ABS)。

国内部分进行烟气脱硝改造机组对空预器低温段元件镀搪瓷,空预器冷段换热元件即使采用镀搪瓷元件,如果没有有效的吹灰清洗装置相配套,同样会发生严重的堵灰。

搪瓷镀层能显著降低硫酸氢氨的结垢速率,但如镀层因加工质量而损裂,将不利于防止硫酸氢氨的吸附。


5.22.2氨逃逸浓度过高

氨逃逸浓度越大,空预器阻力增加的越快。

烟气脱硝装置运行过程中,除了极端工况造成短时间内过量喷氨外,当氨喷射系统设计不当、烟气流场分布不均匀或者喷氨格栅局部喷嘴被堵塞时,也会造成反应器出口局部区域的氨逃逸过量。不同程度的氨逃逸是造成空预器堵塞的主要原因。


对于烟气脱硝装置,除通过氨喷射系统、导流系统、混合系统的设计提高烟气流场的分布均匀性外,日常运行过程中,还需严格控制喷氨量,防止过度喷氨,并定期进行氨喷射系统的喷氨流量平衡调整,防止局部喷氨过大造成氨逃逸浓度升高。

二、空预器堵灰治理的可行控制措施

1、烟气酸露点主要受燃煤中的硫分、灰分、灰成分(特别是灰中Ca含量)、水分和发热量的影响,灰分和灰中Ca含量越高,酸露点越低;硫分和水分越高,酸露点越高。由于不同酸露点计算经验公式计算出的数值偏差较大,对燃用煤种相对稳定的锅炉,应通过调整冷端温度观察空预器差压变化趋势等方法,确定该煤种对应的目标综合温度控制值,并根据空预器烟气侧差压变化情况及时提高空预器冷端温度控制值。为提高控制精度和减轻运行人员调整工作量,空预器综合冷端温度控制目标值建议通过原烟气SO2浓度、燃煤量、烟气量等参数实时计算并参与自动调节。

空预器出口综合冷端温度低于目标值时,优先采用降低磨煤机出口温度,适当增加一次风比例(注意锅炉燃烧和飞灰含碳量的变化情况),以提高空预器出口排烟温度。


2.空预器烟气侧差压超过设计值或空预器冷端温度低于目标温度时,应增加吹灰频次,烟气侧差压超过1.5倍设计值时,提高空预器冷端吹灰器弹簧阀后压力(最高至1.5MPa)加强吹灰,当差压恢复正常值范围内,逐渐恢复正常吹灰压力,防止吹损蓄热元件。加强锅炉暖风器、热风再循环、空预器扇形板自动调整装置设备的运行维护,保证设备运行良好。暖风器、锅炉受热面(特别是省煤器)泄漏后要及时隔离或停炉处理。空预器停炉进行水冲洗后,启动点火前要充分烘干。


3.要加强空预器进出口差压、温度,空预器吹灰压力、疏水温度,脱硝催化剂出口氨逃逸等表计的检测维护,保证指示准确。空预器检修中要通过校直大轴、修复密封片、利用新型密封技术等降低空预器漏风率,提高空预器出口排烟温度。投用暖风器或热风再循环系统,将对机组经济性产生不利影响,机组煤耗将上升1-3g/kWh,因此,在冷端综合温度(或冷端平均温度)满足要求的情况下,应及时停用暖风器或热风再循环系统,防止过量投入造成能耗增加。


4.部分电厂聘请专业清洗公司用高压射流清洗车对空预器蓄热元件在不吊出的情况下进行冲洗,效果十分显著,一般机组停运10天左右即可完成冲洗,且费用不高,未实施高压冲洗的电厂应积极应用这一技术。

空预器在线高压水冲洗案例:2017年,河北国华沧东电厂在4号炉(660MW)检修中进行了空预器冷端传元热件在线高压水冲洗,取得显著成效。该厂空预器配备有冷端高压水冲洗系统,系统由柱塞泵(出口压力25MPa)、伸缩式喷枪及相应的供水、排水及管路系统组成。因该厂燃用高硫煤,在锅炉进行SCR脱硝改造后,空预器极易产生硫酸氢铵堵灰,机组经脱硝改造自投运后,一周内空预器烟气阻力由1.5KPa上升至2.6KPa。,经对冷端高压水系统进行完善和调试,电厂分别投入B侧和A侧水冲洗系统,高压水压力25MPa,两侧共冲洗29小时,机组启动后空预器阻力降至1.4KPa。实践证明,在线高压水冲洗能有效解决硫酸氢铵堵灰问题,也能部分解决陈旧性灰垢堵塞,配合运行中空预器蒸汽吹灰和暖风器的合理投用,根据差压上升趋势适时投用高压水冲洗,能较好控制空预器的阻力的上升。

5.制粉系统投运时尽量满足着火能量。机组每次停运时,在条件允许的情况下,尽量将安装有等离子点火及微油等助燃装置的磨煤机对应煤斗烧空,并在下次机组启动前将该煤斗配上发热量大于4500kcal/kg,挥发份较高的煤种,同时等离子磨煤机启动前应保证二次风温大于200℃,以减少制粉系统启动初期大量不完全燃烧产物的生成,从而抑止空预器堵灰的发生。


6.超低排放后的预防手段

6.1合理控制喷氨量。合理控制SCR出口参数,避免过调。根据设计条件,每台炉SCR系统都有设计最大喷氨量,当自调或人工调整时,应当注意不要高于此限值,若是自由大量喷氨才能将Nox降低到超低排放值,应考虑其他方面的影响,不应仅靠过喷氨量来实现。

6.2加强对喷氨格栅均匀性的调整。制定喷氨格栅定期调整试验机制,每次检修或每半年均应对喷氨格栅进行一次优化,防止喷氨不均匀造成反应效率下降,浪费氨气的同时造成空预器硫酸氢氨堵塞。

6.3控制氨逃逸浓度。运行中加强对氨逃逸浓度的监视,发现氨逃逸浓度异常升高,应立即降低喷氨量,查找原因,若因喷口堵塞或脱落,应及时修复,避免长时间不均匀运行。

64定期更换催化剂层。建立各炉催化剂台账,对催化剂进行全寿命管理,及时更换失效的催化剂,保证脱硝反应效率。


燃煤电厂被广泛使用的空气预热器,具有提高热效率,节省能耗等较多特点。空预器堵灰不仅严重影响风烟系统的正常运行,还增加风机电耗,提高锅炉排烟温度,而且大大降低了机组热经济性。实践经验表明,为了避免空预器堵塞,频繁停机冲洗这一难题,上述措施都有一定的通用性,但必须尽心策划,认真组织,加强对过程中的参数的监控,就能保证机组的运行安全。


参考文献:

[1]孙育群.超低排放线路改造技术在燃煤火电厂的研究[J].工程技术研究,2017,(10):54-55.

[2]刘阳,邓学峰.浅析火电厂脱硫脱硝技术与应用[J].环境研究与监测,2017(3).


作者简介:

马超、男、1983年9月5日出生、2007年毕业于沈阳工程学院、本科学士学位、国家能源集团河北国华沧东发电有限责任公司、集控主值、电力工程师、通信地址:河北省沧州市渤海新区、邮编:061113;电话:15333178350; Email:280672867@qq.com


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