電廠鍋爐空預器堵塞原因分析及對策探究

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1 引言

在電廠中鍋爐的空氣預熱器由于使用環(huán)境的影響,很容易出現(xiàn)堵塞和腐蝕的問題。尤其是堵塞的問題,由于電廠燒煤,過程中會產(chǎn)生大量的粉塵,很難避免問題的發(fā)生。為了保證鍋爐設備高效率和安全穩(wěn)定的運行,必須要采取根本性的措施來解決空預器的堵塞。

2 空預器工作原理

煤在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的熱,經(jīng)過煙道時會被吸收,并經(jīng)過各種傳熱元件將熱量傳遞到冷空氣中。內部的轉子在經(jīng)過一圈的旋轉可以實現(xiàn)熱交換,往復多次形成循環(huán)。空預器的外殼和煙道由于被固定,無法實現(xiàn)和轉子一起旋轉。為了便于旋轉,內部轉子的鋼板被分成了很多扇形通道,并且為了便于轉子周圍的外殼能與連接端進行相連,在內部裝了很多表面具有波紋形狀的薄板,主要起到儲蓄能量的作用。同時,為了更好地提高熱能的傳遞效率,需要對轉子進行密封。通過分割體將空間分成3各部分,分別于風道、煙道和二次風道進行相連。當煙氣通過時,內部各種傳熱元器件就會將煙氣中大量的熱量進行吸收。而當空氣流通過時,這些元器件就會將儲存的能量釋放出來,從而實現(xiàn)熱能的傳遞。

3 某電廠空預器堵塞情況簡述

以某電廠機組為例,該機組總共配置了3個空預器。在額定負載下,空預器壓差設計值為1.2kPa。設備運行時,出現(xiàn)過機組的空預器儲熱元器件被堵塞的情況。并且伴隨著使用時間的增長,空預器的壓差值就會越來越大,最高可達到2.5kPa,是設計值的2倍以上。伴隨著差壓值越來越大,排煙的溫度就會越來越高,從而使得空預器出口處的一次風和二次溫度不斷下降,造成風機運行時的功耗越來越高。從而使得設備運行時的安全性和穩(wěn)定性被破壞,并且由于能耗的過高,與我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背道而馳。

通過對堵塞的空預器進行拆解開后觀察,發(fā)現(xiàn)在中間的儲熱元器件和冷端已經(jīng)被一層厚的污垢給堵住了。在冷端周圍的污垢主要是粉煤灰的沉積物,采用鋼絲刷或者清水就比較容易清除,而在儲熱元器件上則主要是以結垢的形式存在,污垢已經(jīng)粘附在元器件表面,不容易清除。

4 空預器存在的問題分析

由于火電廠的工作環(huán)境,會給空預器的工作帶來各種負面影響。結合當前我國火電廠實際運行中空預器出現(xiàn)的問題,以及本案例中該火電廠出現(xiàn)的各類問題,空預器主要有以下一些問題存在:

①積灰嚴重。由于灰塵覆蓋在空預器的元器件表面,降低了出口處的一次風和二次溫度,使得空預器的阻力不斷加大。設備在運行時由于入口和出口處的差壓增大,功耗也會上升,不僅經(jīng)濟面有影響,還會加重設備運行的負載。長時間這種工況下會導致設備一直處于高功耗的運行,不利于設備的穩(wěn)定性;

②空預器出現(xiàn)漏風。由于在空預器的入口處有漏風產(chǎn)生,使得周圍其它的空氣直接從漏風處進入空預器,這些空氣沒有被干燥,空氣中的水分也沒有被清除,從而使得空預器內部的濕度上升。由于水分的存在,加速了空預器的腐蝕,并且,積灰遇到水分變潮濕后,更容易粘附在元器件表面形成堵塞,造成差壓的上升;

③煙道內通過阻力上升。從爐中排出來的灰層與煙道氣一起流入空預器,進一步使得煙道中的飛灰濃度上升,加劇了空預器的工作環(huán)境惡化。并且這些灰塵會粘附在換熱元器件的表面;

④板結問題突出。對當前存在的空預器差壓值增加的原因進行分析發(fā)現(xiàn),空預器的飛灰形成板結是主要的原因。尤其是在具有脫硝裝置的機組中,由于硫酸氰胺的存在,板結的現(xiàn)象更為普遍。

綜上所述,空預器中存在的這些問題,已經(jīng)嚴重影響到其運行的穩(wěn)定性和安全性。必須要針對這些問題產(chǎn)生的原因進行深度分析,并采取有效措施解決,在空預器運行中預防類似問題的發(fā)生。

5 空預器堵塞的原因分析

通過對空預器當前存在的問題進行分析,我們人為有以下幾點因素造成:

第一,蒸汽的噴射壓力值過低

由于空預器中的蒸汽吹灰器的壓力很難通過壓力差的控制來實現(xiàn),因此,無論內部有無壓差存在,都很難通過壓力的調整去控制蒸汽吹灰器來將空預器冷端上的灰塵去除。該問題的本質原因是蒸汽吹灰器的壓力值難以達到正常工作范圍。以功率為700MW的機組為例,空預器中蒸汽吹灰器的壓力值大約只有0.65-0.7MPa。經(jīng)過事實證明,這樣的壓力很難將灰塵去除,從而無法對空預器進行有效的疏通;

第二,風機的進氣口處溫度過低

由于設計的影響,風機進氣口處的溫度會比較低,這就造成了空預器的冷端溫度過低。當外部的環(huán)境溫度較低時,比如冬季或者夜晚的機組運行。為了避免這種問題,目前較為常見的是在風機的進口處增加熱空氣循環(huán)系統(tǒng),以此提高進入空氣的溫度。不過這種操作效果并不明顯。一次熱循環(huán)大約可以提高溫度9°,離空預器冷端的使用溫度要求相差海比較大,這就可能需要多次進行加熱循環(huán),加大了機組的功率上升,能耗增加;

第三,排煙溫度上升過高

通道中排煙的溫度過高,將會直接給鍋爐的安全性帶來挑戰(zhàn)。如果煙氣中還會有三氧化硫物,將會提高煙氣道的冷凝溫度。另外,由于硫化物具有腐蝕性,在空預器中遇到低溫會發(fā)生冷凝粘附在加熱元件的表面,造成表面腐蝕加劇,并形成積灰。隨著積灰越來越多,漸漸形成污垢后,就容易造成堵塞,引起空預器內的差壓不斷加大;

第四,預熱器的表面溫度偏低

在空預器內有很多元器件都是金屬材料,當煙道氣體經(jīng)過時,由于金屬材料的表面溫度很低,會將溫度傳遞給通道內的煙氣。并且該溫度要比露點溫度低,這樣就很容易加劇金屬表面的腐蝕產(chǎn)生。它帶來的后果就是使得堵塞更加嚴重;

第五,燃燒所用煤的質量較低

從前文闡述可知,堵塞的一個很重要因素就是積塵,這與煤炭中的各種成分以及燃燒后的形成物有直接的關系。比如,煤中硫的含量如果超過的0.2%,我們稱之為高硫煤。硫的含量越高,其露點溫度也就越高,進而加劇腐蝕的產(chǎn)生。煤如果燃燒不充分,就會有部分煤的細小顆粒隨著煙氣進入通道,粘附在空預器上,造成堵塞。此外,煤的載值含量過高,這些雜質不能充分被燃燒,也會造成類似的問題。

6 預防空預器堵塞的對策及其效果分析

綜上所述各類原因,均會帶來空預器的堵塞問題。為了確保電廠的機組運行能夠平穩(wěn)進行,而且盡可能地降低損耗,我們需要采取各種針對性預防措施來避免空預器的堵塞問題。

第一,對電廠燃燒所用煤的質量加強管理

由于煤的燃燒所帶來的粉塵和硫化物問題會直接引起空預器的堵塞,那么就要從源頭控制燃煤的質量,優(yōu)化煤的管理。該項措施主要是考慮了煤的總熱值和硫含量,在增加熱值的同時,盡可能地減少煤中硫的含量。一般來說,當負荷較高時,對準煤的消耗會比較大,與低負荷的煤混合后尾煤量也會比較大。所以,需要適當?shù)貙Φ拓摵傻土蛎旱膿交炝窟M行提高;

第二,盡可能減少空預器的運行異常發(fā)生

空預器在運行過程中,要加強其電流值的監(jiān)控。正常來說電流值應該是平穩(wěn)上升,如果有異常發(fā)生,要第一時間將信息傳遞給維護人員,并及時去機組現(xiàn)場確認空預器運行是否有異常,可以從運行的聲音、外觀以及監(jiān)控的電流值來查看。如果有異常發(fā)現(xiàn),要盡快將機組停下來,進一步查看異常原因。比如,出現(xiàn)異常響聲或者空預器有振動時,首先將空預器停止運行,并降低排氣口的溫度(可以通過減少機組機組的運行來實現(xiàn)),并將元器件表面的積塵去除。如果有跳閘的異常現(xiàn)象發(fā)生時,則根據(jù)電廠現(xiàn)有制定的空預器跳閘處理應急計劃進行處置;

第三,定時吹灰

電廠一般會在每天安排兩次對空預器進行吹灰。當加熱器入口溫度與廢氣溫度疊加之后溫度小于某一定值時(我們可以根據(jù)多次試驗確認該值的設定),需要增加一次吹灰,以此減少空預器中的積塵,保證煙灰在噴涂過程中能夠充分地疏水對于疏水溫度也有管理值的,一般疏水溫度要達到260度,才能保證充分地疏水。

第四,加強燃燒過程管理

該項措施主要是通過減少煙氣中三氧化硫的含量來實現(xiàn)空預器腐蝕和堵塞故障來實現(xiàn)的。由于煤在燃燒過程中難免會產(chǎn)生硫化物,這就使得煙氣中會夾雜著硫化物的存在。因此,可以通過煤的燃燒過程管理來實現(xiàn)硫化物的降低。比如,燃燒時火焰的溫度控制、燃燒熱強度、燃燒時通入的空氣量、以及催化劑的作用等各種因素的調整,達到燃燒管理的最優(yōu)化。對于每個批次的燃煤,提前對煤進行檢測后,根據(jù)煤質的不同適宜地對燃燒過程進行調整,可以實現(xiàn)硫化物氣體最小限度的生成,從而降低空預器腐蝕和堵塞的發(fā)生概率。

從以上四個方面做出改善之后,機組空預器在運行中對煙氣阻力進行測試,發(fā)現(xiàn)阻力值明顯降低,在相同的運行工況下,使得風機的電流值也得到了大幅的降低。經(jīng)過一段時間運行后,機組的各種異響和振動問題明顯得到了改善,整個機組的運行安全性和穩(wěn)定性得到了較大提升。這從機組的故障維護方面可以明顯看出,之前風機的電機和軸承由于長時間在高負荷下運行,故障發(fā)生次數(shù)較多,需要經(jīng)常進行更換。經(jīng)過改善之后,電機和軸承的更換次數(shù)也明顯下降,提高了設備的使用效率,節(jié)約了成本。

7 結語

在電廠中,空預器的堵塞問題較為常見,這與其運行環(huán)境的特殊性有著極大的關系。為了解決堵塞問題,需要分析堵塞的具體原因,再來有針對性地進行科學改善,確保機組運行的安全性和穩(wěn)定性,同時實現(xiàn)運行成本的最優(yōu)化。