電站鍋爐凈煙氣吹灰節(jié)能技術(shù)

王金龍 武瑞香

（華能榆社發(fā)電有限責(zé)任公司）

0 引言

當(dāng)今我國(guó)傳統(tǒng)火力發(fā)電領(lǐng)域在環(huán)境資源保護(hù)、提高能源利用率、推廣節(jié)能減排等方面提出更高標(biāo)準(zhǔn)及要求。本文針對(duì)電站鍋爐現(xiàn)有吹灰技術(shù)存在能耗影響因素進(jìn)行全面分析，提出以凈煙氣吹灰理論為基礎(chǔ)的節(jié)能減排技術(shù)。

1 我國(guó)電站鍋爐吹灰技術(shù)運(yùn)行現(xiàn)狀

1）我國(guó)電站鍋爐由于積灰原因，在鍋爐水冷壁、尾部煙道受熱面、SCR催化劑反應(yīng)層、空氣預(yù)熱器換熱面等部位會(huì)產(chǎn)生大量積灰現(xiàn)象，由于積灰導(dǎo)熱系數(shù)是鍋爐受熱面鋼材導(dǎo)熱系數(shù)的1／450～1／750，導(dǎo)致鍋爐受熱面因積灰產(chǎn)生熱阻增加、鍋爐效率降低的問(wèn)題，因此電站鍋爐在爐膛、尾部煙道、SCR催化劑反應(yīng)層、空氣預(yù)熱器等部位設(shè)置有吹灰裝置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)能耗測(cè)試得出數(shù)據(jù)看，鍋爐吹灰系統(tǒng)投入一個(gè)周期，可以提高鍋爐效率在0.1%左右，降低鍋爐排煙溫度在2～3℃之間。

2）目前由于各電站在經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)要求下，鍋爐運(yùn)行中大量摻燒劣質(zhì)煤種，由于劣質(zhì)煤種較設(shè)計(jì)煤種灰分高出初步統(tǒng)計(jì)在10%～35%，這就增加電站鍋爐對(duì)吹灰系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、運(yùn)行管理方面的要求。

3）國(guó)內(nèi)電站鍋爐吹灰形式主要為：蒸汽吹灰、基波吹灰、次聲波吹灰等。在爐膛、空預(yù)器吹灰普遍采用蒸汽吹灰形式，在鍋爐尾部煙道多采用蒸汽吹灰、基波吹灰、次聲波吹灰形式，在SCR催化劑反應(yīng)層采用壓縮空氣吹灰形式。

2 現(xiàn)有電站鍋爐吹灰系統(tǒng)在資源能耗、節(jié)能環(huán)保、安全運(yùn)行方面存在問(wèn)題

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有電站鍋爐吹灰系統(tǒng)在資源能耗、節(jié)能環(huán)保、安全運(yùn)行方面中還存在一定的不足之處。具體表現(xiàn)如下。

1）采用蒸汽吹灰裝置的電站鍋爐：在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面存在問(wèn)題是由于吹灰蒸汽損失引起電站汽耗率增加、熱耗率增加、補(bǔ)水率增加；在設(shè)備健康運(yùn)行方面存在問(wèn)題是由于吹灰蒸汽造成煙氣水分增加，引起煙氣中H2O與SO2和SO3生成物H2SO3和H2SO4增加，造成鍋爐尾部煙道低溫腐蝕現(xiàn)象加劇，煙氣中水分增加同時(shí)會(huì)引起尾部煙道硫酸氫銨（NH4HSO4）的形成，致使空預(yù)器冷端堵塞現(xiàn)象進(jìn)一步惡化。以山西省晉城地區(qū)某臺(tái)300MW配套的W型火焰煤粉爐為例，運(yùn)行4年大修時(shí)發(fā)現(xiàn)空預(yù)器冷端堵塞面積已經(jīng)超過(guò)通流面積3／4。空預(yù)器大修將冷端蓄熱片更換為陶瓷型式，運(yùn)行不到1年空預(yù)器前后壓差增加到設(shè)定值的1.3倍以上，致使風(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性下降；在運(yùn)行條件方面存在問(wèn)題是由于鍋爐穩(wěn)燃考慮一般電站鍋爐要求大于60%MCR才允許投入吹灰裝置，這就容易產(chǎn)生低負(fù)荷積灰嚴(yán)重現(xiàn)象。

2）采用基波（含次聲波等）吹灰系統(tǒng)電站鍋爐：在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面存在問(wèn)題是由于需要吹灰工作介質(zhì)乙炔，引起吹灰運(yùn)行成本采購(gòu)增加；在與吹蒸汽形式吹灰系統(tǒng)效果對(duì)比方面存在尾部煙道局部受熱面積灰嚴(yán)重問(wèn)題；在設(shè)備健康運(yùn)行方面存在問(wèn)題是投入吹灰的第1～3區(qū)間會(huì)造成爐膛負(fù)壓波動(dòng)較大現(xiàn)象，特別是在1～2次吹灰區(qū)間內(nèi)爐膛負(fù)壓波動(dòng)超過(guò)600～900Pa，這對(duì)鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行影響較大，同時(shí)在吹灰期間引起設(shè)備構(gòu)件振動(dòng)松脫損壞問(wèn)題也不容忽視。下圖為晉城地區(qū)某臺(tái)采用基波吹灰鍋爐爐膛1～3區(qū)間內(nèi)負(fù)壓波動(dòng)數(shù)據(jù)圖。

圖 吹灰爐膛負(fù)壓波動(dòng)曲線圖

3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電站鍋爐檢修內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有吹灰方式均存在鍋爐尾部煙道積灰和系統(tǒng)設(shè)備磨損較大現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為：在空預(yù)器蓄熱面、脫硝催化劑層大量積灰現(xiàn)象，造成上述設(shè)備系統(tǒng)引起風(fēng)阻增加，煙氣帶灰能力相對(duì)下降，并引起脫硝系統(tǒng)催化劑反應(yīng)效果變差問(wèn)題；引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉磨損較為嚴(yán)重，一般引風(fēng)機(jī)運(yùn)行2～3年后因?yàn)閯?dòng)葉磨損嚴(yán)重原因必須進(jìn)行設(shè)備檢修，直接影響風(fēng)煙系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 電站鍋爐凈煙氣吹灰節(jié)能技術(shù)工作原理及系統(tǒng)組成介紹

1）凈煙氣吹灰節(jié)能技術(shù)工作原理：利用對(duì)省煤器煙道中抽出部分煙氣進(jìn)行兩次離心脫塵過(guò)程，脫塵后的凈煙氣增壓后作為吹灰系統(tǒng)的工作介質(zhì)。吹灰系統(tǒng)另設(shè)一路熱一次風(fēng)作為吹灰系統(tǒng)的備用氣源。利用凈煙氣作為吹灰氣源替代蒸汽吹灰氣源，節(jié)約低壓蒸汽汽水損耗及熱能損耗，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

2）凈煙氣吹灰節(jié)能技術(shù)的可行性基礎(chǔ)：省煤器后煙道中煙氣溫度在330～390℃，該處煙氣與現(xiàn)有蒸汽吹灰溫度提高20～60℃，利用此處煙氣作為吹灰介質(zhì)從溫度角度考慮更加匹配。現(xiàn)有的蒸汽吹灰技術(shù)中選用吹灰壓力在1.1～1.5MPa范圍之間，當(dāng)前我國(guó)風(fēng)機(jī)制造水平完全能夠滿足這個(gè)要求。

3）凈煙氣吹灰節(jié)能技術(shù)的系統(tǒng)組成流程：從鍋爐省煤器出口抽出一部分煙氣通過(guò)煙氣粗粉分離器增壓風(fēng)機(jī)增壓至0.7MPa→煙氣粗粉旋風(fēng)分離器，進(jìn)行原煙氣與粉塵的第一次分離，實(shí)現(xiàn)原煙氣進(jìn)行粗粉分離過(guò)程，達(dá)到原煙氣中≥90%粉塵分離目標(biāo)，一次分離后的煙氣→細(xì)粉分離器增壓風(fēng)機(jī)增壓至0.9MPa→煙氣細(xì)粉旋風(fēng)分離器，進(jìn)行原煙氣與粉塵的第二次分離過(guò)程，經(jīng)過(guò)細(xì)粉分離后的原煙氣中粉塵含量≤2%，二次分離后的凈煙氣經(jīng)過(guò)增壓風(fēng)機(jī)增壓至1.2～1.6MPa→吹灰凈煙氣儲(chǔ)氣罐→作為尾部煙道、SCR催化劑反應(yīng)層、空預(yù)器的吹灰氣源。為了確保凈煙氣吹灰裝置的可靠性，將鍋爐熱一次風(fēng)作為備用吹灰氣源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余配置的目的。粗粉旋風(fēng)分離器、細(xì)粉旋風(fēng)分離器中分離出的粉塵通過(guò)輸灰系統(tǒng)送至粗灰?guī)臁⒓?xì)灰?guī)欤到y(tǒng)設(shè)計(jì)可以降低電除塵一電場(chǎng)10%～15%的除塵量，達(dá)到降低電除塵廠用電率的目的。

4 凈煙氣吹灰系統(tǒng)與現(xiàn)有吹灰系統(tǒng)的對(duì)比優(yōu)勢(shì)

4.1 凈煙氣吹灰系統(tǒng)氣源與現(xiàn)有蒸汽吹灰系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1）凈煙氣與吹灰受熱面溫度更加匹配，凈煙氣吹灰系統(tǒng)提高了吹灰氣源溫度20～60℃，同時(shí)增加了尾部煙氣流量，便于煙氣擋板型式鍋爐溫度調(diào)整。

2）凈煙氣吹灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、程序控制方便、系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，系統(tǒng)設(shè)有熱一次風(fēng)作為吹灰備用氣源，確保了吹灰系統(tǒng)的冗余配置。

3）凈煙氣吹灰系統(tǒng)有效降低鍋爐尾部煙氣所含的水分，較現(xiàn)有蒸汽吹灰系統(tǒng)尾部煙道水分降低5%～13%，降低了H2SO3和H2SO4生成，減少了尾部硫酸氫銨（NH4HSO4）的生成，改善了空預(yù)器工作環(huán)境，減小了空預(yù)器的低溫腐蝕現(xiàn)象。

4）改善鍋爐空預(yù)器工作環(huán)境，減小空預(yù)器兩端壓差，降低空預(yù)器風(fēng)阻，提高了風(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性。

5）減小了鍋爐的由于吹灰引起汽耗率、熱耗率、補(bǔ)水率。

6）尾部煙道吹灰不受負(fù)荷限制。尾部煙道可以隨鍋爐啟動(dòng)而投入運(yùn)行。凈煙氣吹灰系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期對(duì)尾部煙道、脫硝催化劑層、空預(yù)器吹灰工作，降低SCR反應(yīng)區(qū)的催化劑表面積灰，保障SCR反應(yīng)區(qū)的催化劑表面潔凈度，增加了SCR反應(yīng)區(qū)的催化劑表面反應(yīng)面積及反應(yīng)效果，有效避免氨逃逸現(xiàn)象的發(fā)生，降低硫酸氫銨（NH4HSO4）的生成。由于現(xiàn)有催化劑層吹灰采用壓縮空氣為介質(zhì)，壓縮空氣與催化劑之間存在260～310℃的溫差，采用凈煙氣吹灰對(duì)延長(zhǎng)催化劑使用壽命有一定的幫助。

7）降低鍋爐排煙溫度，減少鍋爐排煙損失，由于可以長(zhǎng)周期對(duì)鍋爐尾部煙道進(jìn)行吹灰工作，確保了尾部煙道受熱面清潔度，提高鍋爐效率約在0.05%～0.15%。8）降低尾部煙道煙氣的粉塵濃度，有效減緩粉塵顆粒對(duì)引風(fēng)機(jī)葉片的磨損程度，改善了引風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境，提高風(fēng)煙系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。9）降低電除塵一電場(chǎng)的工作負(fù)荷，節(jié)約電除塵一電場(chǎng)5%～8%電耗。

4.2 凈煙氣吹灰系統(tǒng)氣源與現(xiàn)有基波（含次聲波等）吹灰系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1）避免了吹灰工作介質(zhì)的采購(gòu)成本，以基波吹灰為例，每年乙炔單項(xiàng)購(gòu)入成本在12萬(wàn)元／年左右。2）避免了基波（含次聲波等）吹灰在第1～3次區(qū)間內(nèi)對(duì)爐膛負(fù)壓擾動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)避免了因吹灰過(guò)程產(chǎn)生振動(dòng)造成設(shè)備構(gòu)件松脫及損壞現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，當(dāng)前電站鍋爐現(xiàn)有吹灰技術(shù)在節(jié)能、能耗、提效方面存在較大不足。與當(dāng)前國(guó)家提出節(jié)能、減排要求存在一定差距，我們必須做好吹灰系統(tǒng)的技改及提升工作。通過(guò)本文對(duì)凈煙氣吹灰技術(shù)推廣希望能夠提高各電站鍋爐在節(jié)能、降耗、環(huán)保管理水平。