燃煤火电机组空气预热器堵灰治理技术研究

引言

目前,国内燃煤发电机组安装sCR后,空预器堵塞问题非常普遍。如运行中空预器堵塞严重,将导致炉膛负压波动增大,风机出力增加,严重时甚至会发生失速,影响机组带负荷能力甚至机组的运行安全:同时排烟温度、漏风率增大,降低了锅炉效率。sCR装置氨逃逸,特别是在低温低负荷运行条件下,极易造成喷氨过量,在空预器冷端生成硫酸氢铵,是导致空预器堵塞的主要原因。此外,煤质、空预器冷端综合温度、催化剂活性、低负荷等因素也会导致空预器堵塞。

1空预器堵塞机理

(1)硫酸氢铵堵塞:燃煤发电机组安装sCR脱硝系统后,脱硝反应器中逃逸的氨易与烟气中硫的氧化物反应生成硫酸氢铵。在150~220℃温度区间,硫酸氢铵是一种高黏性液态物质,会粘结飞灰,堵塞空预器。

(2)冷端低温酸腐蚀:冬季环境温度低导致空预器冷端温度偏低,烟气中的硫酸蒸汽结露附着在传热元件上,造成空预器冷端酸腐蚀,加剧了空预器的积灰、堵塞情况。

(3)吹灰不当:吹灰带水和蒸汽参数选择不当会造成换热元件破损,积灰板结堵塞。

2空气预热器堵灰治理技术路线

2.1暖风器技术路线

2.1.1暖风器防堵灰技术内容及原理

锅炉暖风器是利用汽轮机低压抽汽加热空气预热器进口空气的热交换器。锅炉暖风器安装在送风机出口与空气预热器入口之间,故又称前置式空气预热器。加装暖风器,可使进入空气预热器的空气温度升高,空气预热器壁温升高,提高空预器的冷段综合温度,从而防止低温腐蚀和硫酸氢铵板结。暖风机改造系统示意图如图1所示。

在机组启动阶段,暖风器一般以辅助蒸汽为热源,对一次风、二次风进行预热,在正常运行时应切至机组的四级抽汽。从辅汽母管或四级抽汽来的蒸汽通过位于暖风器进口的调节阀后进入甲侧和乙侧暖风器,疏水排至暖风器疏水箱,再通过暖风器疏水泵回收至低压加热器或高压凝汽器。

与所有的加热器一样,蒸汽在凝结过程中总会产生部分不凝结气体,为防止不凝结气体积聚,在暖风器疏水箱的顶部至凝汽器设置了排气管路,通过排气管路上的节流孔板同凝汽器相连。在暖风器投运时应确保该回路畅通,以保证暖风器能正常疏水,提高暖风器的投运效果。

2.1.2暖风器技术的优缺点优点:

(1)提高冷段综合温度,减缓空预器堵塞。(2)提高热一次风、二次风温度,提高锅炉效率。缺点:

(1)暖风器安装在二次风道中,为保障换热效率,通常布置较为紧凑,增加了风道的阻力。暖风器增加阻力200~300Pa,影响厂用电率约0.02%。

(2)暖风器的加热源一般使用辅汽或四抽汽源,蒸汽品质较高,与此同时,暖风机的加入对排烟温度影响较大,降低了整个机组的运行效率,单纯增加暖风器会提高煤耗1.5g/kwh左右。

(3)暖风器存在泄漏、堵灰风险,后续安全生产风险较大。

2.2烟冷器—暖风器技术路线

2.2.1烟冷器一暖风器防堵灰技术内容及原理

烟冷器是加装在锅炉尾部烟道的受热面。凝结水在烟冷器内吸收排烟热量,降低排烟温度,自身被加热后再返回凝结水系统,从而达到深度回收烟气余热、降低煤耗的作用。烟冷器一暖风器基本原理与暖风器防堵技术路线相同:区别是暖风器热源利用烟冷器中回收的热量,从而达到热平衡的目的,基本不增加煤耗。

2.2.2烟冷器一暖风器技术的优缺点优点:

(1)提高冷段综合温度,减缓空预器堵塞。

(2)提高热一次风、二次风温度,提高锅炉效率。

(3)因其使用热源为烟冷器热源,故基本不增加煤耗,在高负荷时能降低煤耗。

缺点:

(1)烟冷器和暖风器分别安装在二次风道和尾部烟道中,为保障换热效果,通常结构紧凑。烟冷器增加阻力400~500Pa,影响厂用电率约0.04%:暖风器增加阻力200~300Pa,影响厂用电率约0.02%。

(2)烟冷器由于布置在尾部烟道中,烟气温度很低,酸腐蚀非常严重,存在较大的泄漏和堵塞风险。实际上,国内已经有多家电厂发生了因烟冷器泄漏和堵塞导致机组限负荷的不安全事件。

(3)系统投资成本非常高。

2.3空预器风量分切技术路线

2.3.1风量分切防堵灰技术内容及原理

针对空预器的堵灰机理,风量分切防堵灰改造技术是利用空预器自身产生的热风对冷端蓄热板进行加热,加热的对象为即将进入烟气侧的蓄热板,即冷端蓄热板的最冷状态。在空气预热器本体上重新分隔出一个分切风分仓(图2),并安装分切风道(图3),利用分切风机带动风道内的空气循环,空气在分切风道中不断循环,分切风在空预器热端吸热,生成300℃左右的热风,热风从下端进入空预器冷端,对冷端进行加热,放出热量,每循环一次完成一次吸放热,相当于利用空预器热端热量加热冷端。

抽取热二次风对空预器冷端换热元件进行循环加热,由于热二次风穿过换热元件循环流动,连续不断地对换热元件进行吹扫、清洗,使硫酸氢铵难以在换热元件上聚结,从而达到防堵的目的。

2.3.2风量分切技术的优缺点优点:

(1)有针对性地加热即将结露的部分,解决低温结露问题,减缓空预器堵塞。

(2)不需要外接热源,由于分切风在循环过程中先吸热后放热,相当于既不放热也不吸热,对排烟温度影响较小。

(3)蒸汽吹灰频率降低,节约了能耗,正常吹灰每天3次,改造后最多每天1次,按每天1次测算,约降低煤耗0.11g/kwh。

(4)经过改造之后,由于分切风仓与烟气侧的压差要小于一次风侧和烟气侧的压差,因此减少了烟气中漏入空气的量,降低了漏风率。

缺点:增加了2台400kw分切风机,电机额定电流44.7A,变频控制,预计增加厂用电率0.1%。

2.4热风再循环技术路线

2.4.1热风再循环防堵灰技术内容及原理

热风再循环(图4)是在空气预热器二次风出口处设一段风道,另一端连接到送风机之前的冷风入口处,从预热器出口中抽出一部分热风,与入口的冷风混合,以提高入口风温,从而提高冷端温度。

2.4.2热风再循环技术的优缺点优点:

(1)热风再循环技术改造成本低,只需要增设一段风管。

(2)系统停用时对空预器运行没有影响。

缺点:

(1)使风机入口风量加大,预热器二次风侧阻力也增大,从而提高了送风机的电耗。

(2)由于漏风引起的热风中含有大量灰分,进入送风机后磨损送风机叶片。

(3)热风再循环技术只能很小幅度地提高送风机入口风温,实际上很难满足冬季提高冷段综合温度的要求。

2.5空预器3.5°分仓改造

2.5.1空预器3.5°分仓技术内容及原理

空预器3.5°分仓是设一台回收风机回收高温含尘的空预器漏风至二次风侧冷端,建立局部高温、高流速防堵灰分仓或通道,通过高温热解和飞灰磨蚀的双重作用,实时清除蓄热元件表面的酸液和积灰,保持蓄热元件的持续清洁。其原理与空预器风量分切防堵技术类似,但其热风源为空预器热段的漏风。

2.5.2空预器3.5°分仓技术的优缺点

优点:由于是抽取漏风作为热风源,可以有效降低空预器漏风,低至4%以下。

缺点:漏风量有限,很难达到理想效果,如果为达到效果大量抽取漏风,由于空预器漏风主要是一次风,则存在一次风量不足的风险。

2.6空预器一次风、二次风热风清洗技术

2.6.1空预器一次风、二次风热风清洗技术内容及原理

空预器一次风、二次风热风清洗技术(图5)是在热一次风母管上抽取一定量的热风,在冷端二次风侧新增隔离结构形成单独的清洗分仓,利用循环风管道将热风引入清洗分仓中,利用热一次风和冷二次风之间的压力差作为循环动力,热端不需做任何改动,清洗风混入热二次风进入炉膛。

2.6.2空预器一次风、二次风热风清洗技术的优缺点优点:

(1)方式简单,对冷端蓄热元件环境温度有所提高。

(2)改造成本较低。

缺点:清洗热风取自一次风母管,若抽风量小,很难达到理想效果,若大量抽取热一次风,则存在一次风量不足的风险,会对机组正常运行造成很大的安全隐患,不建议采用一次风风源。

3不同技术路线的对比

不同技术路线的对比情况如表1所示。

4结语

本文介绍了6种空预器防堵的技术路线,相对比来看,空预器风量分切、暖风器、烟冷器一暖风器三种技术路线都能较为可靠地解决或缓解空预器堵灰问题。空预器3.55分仓和一次风、二次风热风清洗两种技术路线原理与风量分切技术路线相似,虽然这两种技术路线投资少,但因抽取风量少,无法解决空预器堵塞问题。对于影响燃煤电厂安全生产的问题,解决隐患是重中之重,电厂应根据现场实际情况选择最适合的技术路线。