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(nèi)部的轉(zhuǎn)子在經(jīng)過一圈的旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)熱交換,往復多次形成循環(huán)?？疹A器的外殼和煙道由于被固定,無法實現(xiàn)和轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。為了便于旋轉(zhuǎn),內(nèi)部轉(zhuǎn)子的鋼板被分成了很多扇形通道,并且為了便于轉(zhuǎn)子周圍的外殼能與連接端進行相連,在內(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)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(jié)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(jié)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(nèi)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(nèi)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(jié)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(jié)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(jié)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?nèi)藶橛幸韵聨c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(nèi)部有無壓差存在,都很難通過壓力的調(diào)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(zhì)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(nèi)的差壓不斷加大;

第四,預熱器的表面溫度偏低

在空預器內(nèi)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(nèi)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(zhì)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(guān)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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?，F(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(diào)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(zhì)的不同適宜地對燃燒過程進行調(diào)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(jié)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(guān)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。