循環(huán)流化床鍋爐管式空氣預(yù)熱器積灰與漏風(fēng)治理

杜佳軍

(神華集團(tuán)循環(huán)流化床技術(shù)研發(fā)中心，太原　030021)

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循環(huán)流化床鍋爐管式空氣預(yù)熱器積灰與漏風(fēng)治理

杜佳軍

(神華集團(tuán)循環(huán)流化床技術(shù)研發(fā)中心，太原030021)

摘要：某電廠循環(huán)流化床鍋爐管式空氣預(yù)熱器存在積灰與漏風(fēng)問題，在深入分析設(shè)備結(jié)構(gòu)、燃燒煤種及運(yùn)行狀況后，得出其主要原因?yàn)樵O(shè)備設(shè)計(jì)及安裝質(zhì)量差、暖風(fēng)器運(yùn)行疏水控制不當(dāng)?shù)取Ｍㄟ^采取針對性設(shè)備檢修、技術(shù)改造及引進(jìn)可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器及新型吹灰技術(shù)等措施徹底消除了隱患，保證了機(jī)組的長周期安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；管式空預(yù)器；積灰；漏風(fēng)；暖風(fēng)器

0前言

空氣預(yù)熱器(以下簡稱空預(yù)器)是利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱燃料燃燒所需空氣的設(shè)備。目前國內(nèi)外電站鍋爐采用的空預(yù)器一般可分為管式空預(yù)器和回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，由于循環(huán)流化床燃燒技術(shù)煙氣流速低、飛灰顆粒大等特性，使循環(huán)流化床鍋爐大多采用管式空預(yù)器?，F(xiàn)階段由于管式空預(yù)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、鍋爐燃燒煤種偏差大、冬季暖風(fēng)器設(shè)備投運(yùn)不當(dāng)及吹灰效果差等原因，導(dǎo)致國內(nèi)多數(shù)循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器存在不同程度的積灰與漏風(fēng)問題，因此也直接影響了機(jī)組長周期安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。某電廠近年來深入研究循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器積灰與漏風(fēng)原因，通過實(shí)施相應(yīng)設(shè)備檢修及技術(shù)改造等措施，徹底解決了存在的問題。

1設(shè)備簡介[1]

某電廠200 MW等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)采用管式空預(yù)器，臥式結(jié)構(gòu)，三行程、順列布置，煙氣在管間縱向流動(dòng)，空氣在管內(nèi)流動(dòng)，一次、二次風(fēng)冷風(fēng)由爐后引入，熱風(fēng)風(fēng)道自爐前引出。因一次、二次風(fēng)風(fēng)壓有較大差別，空預(yù)器管箱分隔成3個(gè)獨(dú)立的通道，一次風(fēng)布置在中央，二次風(fēng)布置在兩側(cè)，管箱分為3層。空預(yù)器尺寸為19 500 mm×7 600 mm×11 110 mm(長×寬×高)，管子規(guī)格為?60 mm×2 mm，長度L=7.6 m，一次風(fēng)管共12 840根，二次風(fēng)管共14 400根，低溫段采用NS1-3耐腐蝕鋼?？疹A(yù)器每層設(shè)計(jì)有4臺(tái)對吹長伸縮式蒸汽吹灰器，設(shè)計(jì)運(yùn)行方式為1天1次?？疹A(yù)器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　某電廠鍋爐空預(yù)器設(shè)備結(jié)構(gòu)

2存在的問題[2-3]

機(jī)組投產(chǎn)初期鍋爐暖風(fēng)器設(shè)備由于存在頻繁泄漏問題而一直未能有效投運(yùn)，加之電廠所處地為北方高寒地區(qū)，冬季環(huán)境溫度較低，因此空預(yù)器全年近一半運(yùn)行時(shí)間內(nèi)冷端進(jìn)風(fēng)溫度過低。同時(shí)，隨著鍋爐運(yùn)行周期的延長，出現(xiàn)空預(yù)器出口一次風(fēng)加熱效果逐漸降低，二次風(fēng)加熱效果逐漸升高，空預(yù)器煙氣側(cè)差壓逐漸增大等現(xiàn)象，運(yùn)行參數(shù)如圖2、圖3所示。在機(jī)組停機(jī)檢修中發(fā)現(xiàn)空預(yù)器一次風(fēng)一級(jí)管箱出現(xiàn)積灰及腐蝕問題，并且二次風(fēng)一級(jí)管箱也出現(xiàn)輕微積灰和腐蝕。此外，機(jī)組運(yùn)行中電廠對空預(yù)器設(shè)備定期進(jìn)行漏風(fēng)測試，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器漏風(fēng)率隨機(jī)組運(yùn)行周期的延長而逐漸升高，尤其是在機(jī)組運(yùn)行120 d后，空預(yù)器漏風(fēng)率明顯增大，嚴(yán)重影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了解決空預(yù)器積灰與漏風(fēng)問題，電廠在歷次機(jī)組停機(jī)中均安排了空預(yù)器檢修項(xiàng)目，但由于空預(yù)器管箱空間狹小，人工清理積灰難度大，雖投入大量人力和物力，檢修效果始終不佳。

3原因分析

分析循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器積灰主要原因有設(shè)備結(jié)構(gòu)不合理、燃燒煤種偏差大、暖風(fēng)器投運(yùn)不當(dāng)及吹灰器清灰效果差等，這與機(jī)組設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)營等多方面都有直接關(guān)系。管式空預(yù)器管箱積灰后，其管子僅能與冷空氣接觸而不能與熱煙氣換熱，因此直接導(dǎo)致了管子金屬壁溫低于酸露點(diǎn)溫度而發(fā)生低溫結(jié)露及腐蝕，最后造成空預(yù)器漏風(fēng)率逐漸增大。由于管式空預(yù)器的積灰與腐蝕是同時(shí)、同步、相輔相成發(fā)生的，因此空預(yù)器設(shè)備積灰越嚴(yán)重，其腐蝕也越大，最終在運(yùn)行過程中形成惡性循環(huán)而影響鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖2　#2鍋爐治理前一次、二次風(fēng)加熱溫度

圖3　#2鍋爐治理前空預(yù)器運(yùn)行參數(shù)

該管式空預(yù)器煙氣側(cè)整體設(shè)計(jì)為1個(gè)通道，經(jīng)調(diào)研，其為國內(nèi)現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐最大單煙道結(jié)構(gòu)管式空預(yù)器，如一次風(fēng)煙氣側(cè)積灰嚴(yán)重，則二次風(fēng)因煙氣流量增大而增強(qiáng)換熱，所以該型空預(yù)器比新型雙煙道結(jié)構(gòu)管式空預(yù)器更易積灰。該空預(yù)器兩側(cè)二次風(fēng)與中間一次風(fēng)管箱煙氣側(cè)之間各有1處寬度為700 mm自上而下的空檔部分，形成了空預(yù)器煙氣走廊現(xiàn)象，降低了煙氣流速，增加了積灰?guī)茁?。該電廠鍋爐實(shí)際燃燒煤種偏差大(收到基硫分設(shè)計(jì)值為0.37%，實(shí)際值為1.08%)，直接導(dǎo)致煙氣酸露點(diǎn)升高約15 ℃，使空預(yù)器更容易發(fā)生低溫結(jié)露、腐蝕及積灰。

電廠鍋爐暖風(fēng)器頻繁泄漏而不能正常投運(yùn)是造成空預(yù)器管箱積灰與漏風(fēng)的重要原因之一。暖風(fēng)器頻繁泄漏主要原因有2方面：一是設(shè)備設(shè)計(jì)及安裝質(zhì)量差，未充分考慮換熱翅片管冷、熱膨脹的問題，最終造成翅片管與進(jìn)、出口集箱角焊縫拉裂泄漏；二是暖風(fēng)器運(yùn)行疏水控制不當(dāng)，造成運(yùn)行中翅片管冷、熱疲勞損傷泄漏。同時(shí)，空預(yù)器蒸汽吹灰器選型不合理，吹灰范圍不能滿足設(shè)備運(yùn)行要求也是積灰的重要原因之一，尤其是中間一次風(fēng)清灰效果差導(dǎo)致積灰嚴(yán)重。此外，吹灰器氣源管路安裝不合理，造成了吹灰蒸汽帶水現(xiàn)象，運(yùn)行吹灰器時(shí)吹損管子而增大了空預(yù)器漏風(fēng)。

4治理措施

4.1一次、二次風(fēng)暖風(fēng)器改造

為了有效解決空預(yù)器冷端進(jìn)風(fēng)溫度過低問題，該電廠在充分調(diào)研熱管、熱風(fēng)再循環(huán)及暖風(fēng)器加熱等技術(shù)基礎(chǔ)上，最終采用了旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器+自動(dòng)控制疏水方案進(jìn)行設(shè)備改造。其中鍋爐一次、二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)風(fēng)道共設(shè)計(jì)4臺(tái)旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器，每臺(tái)暖風(fēng)器由2片翅片管換熱組組成，暖風(fēng)器換熱組采用并聯(lián)方式運(yùn)行。暖風(fēng)器設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮空氣阻力小于250 Pa，疏水溫度在170 ℃左右，疏水端設(shè)計(jì)1路管道至定排擴(kuò)容器，1路管道至排汽裝置，以確保暖風(fēng)器連續(xù)投運(yùn)和疏水有效回收。暖風(fēng)器自動(dòng)控制系統(tǒng)采用水側(cè)調(diào)節(jié)方式，即通過自動(dòng)調(diào)節(jié)暖風(fēng)器內(nèi)部水位的高低來改變傳熱面積，最終實(shí)現(xiàn)空預(yù)器冷端進(jìn)風(fēng)溫度恒定在30 ℃以上，從而徹底解決了空預(yù)器低溫結(jié)露和腐蝕問題。暖風(fēng)器設(shè)備改造后投運(yùn)穩(wěn)定且完全滿足空預(yù)器運(yùn)行要求。

4.2空預(yù)器重大檢修

由于電廠鍋爐空預(yù)器一級(jí)管排積灰嚴(yán)重且無法徹底清理，因此在空預(yù)器重大檢修中將一級(jí)管排全部割除并更換新管箱。同時(shí)根據(jù)設(shè)備查漏結(jié)果更換空預(yù)器二級(jí)、三級(jí)全部漏風(fēng)管排，并對所有墻板、花板及補(bǔ)償器等管箱漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行徹底處理。此外還徹底清理疏通空預(yù)器二級(jí)、三級(jí)管排局部積灰，保證空預(yù)器管箱煙氣側(cè)暢通?？疹A(yù)器檢修中將一次風(fēng)管子由?60 mm×2 mm更換為?57 mm×2 mm，數(shù)量及長度保持不變，即將一次風(fēng)一級(jí)管排間距增大3 mm，減少了空預(yù)器管排間搭橋積灰?guī)茁?。二次風(fēng)新更換的管子規(guī)格、數(shù)量及長度保持不變。針對空預(yù)器設(shè)備存在的煙氣走廊現(xiàn)象，在檢修中使用鋼架+鋼板方式進(jìn)行了封堵處理。通過實(shí)施上述措施，空預(yù)器設(shè)備運(yùn)行狀況得到了徹底改善，有效避免了管箱低溫結(jié)露、腐蝕及積灰現(xiàn)象。

4.3可調(diào)頻聲波吹灰器應(yīng)用

為了達(dá)到鍋爐運(yùn)行中有效清理空預(yù)器積灰的目的，在空預(yù)器一級(jí)管箱上引進(jìn)了可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器及新型吹灰技術(shù)，該技術(shù)具有聲波能量高、頻率覆蓋范圍大、輻射全向性及運(yùn)行可靠、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)全方位不留死角清除積灰。由于該聲波清灰方式本身又可以防止或延緩沉積物的形成，因此可起到提前預(yù)防積灰的作用。可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器包括聲波發(fā)生器、吹灰指數(shù)號(hào)筒、控制裝置和氣源，其通過控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)全天候、無人干預(yù)自動(dòng)運(yùn)行，并可根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備結(jié)構(gòu)及積灰形式設(shè)定最佳吹掃頻率和運(yùn)行周期，在保證除灰效果的基礎(chǔ)上不會(huì)對空預(yù)器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何不良作用。電廠可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器投運(yùn)以后，空預(yù)器管箱積灰問題得到了徹底解決。

通過實(shí)施上述措施，該電廠鍋爐空預(yù)器運(yùn)行狀況得到了徹底改善，鍋爐運(yùn)行中空預(yù)器一次、二次風(fēng)加熱溫度變化不大且滿足要求，其運(yùn)行狀況如圖4、圖5所示，空預(yù)器漏風(fēng)率基本控制在5%以內(nèi)，空預(yù)器改造前、后系統(tǒng)阻力等參數(shù)變化較小，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到有效提升。

圖4　#2鍋爐空預(yù)器治理后一次、二次風(fēng)加熱溫度

圖5　#2鍋爐空預(yù)器治理后運(yùn)行參數(shù)

5結(jié)束語

通過深入研究循環(huán)流化床鍋爐管式空預(yù)器存在的問題，得出管式空預(yù)器積灰與漏風(fēng)產(chǎn)生的根本原因?yàn)樵O(shè)備結(jié)構(gòu)不合理、燃燒煤種偏差大、暖風(fēng)器投運(yùn)不當(dāng)及吹灰器清灰效果差等，進(jìn)而從設(shè)備結(jié)構(gòu)缺陷處理、暖風(fēng)器及改造有效投運(yùn)、引進(jìn)新型可調(diào)頻聲波吹灰器等多方面入手，實(shí)施相應(yīng)設(shè)備檢修和技術(shù)改造，最終徹底解決了問題，為機(jī)組設(shè)備長周期安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鍋爐說明書:SG—690/13.7-M451[S].

[2]蔣敏華,肖平.大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2009.

[3]孫獻(xiàn)斌,黃中.大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2009.

(本文責(zé)編：弋洋)

收稿日期:2015-11-26；修回日期:2016-05-06

中圖分類號(hào)：TK 223.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)05-0054-03

作者簡介：

杜佳軍(1983—)，男，陜西榆林人，鍋爐研發(fā)高級(jí)師，工程師，從事循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)技術(shù)研究管理工作(E-mail:dujiajun_1983@163.com)。