700 MW 超臨界鍋爐空預(yù)器差壓高治理

方 吉，吳 順，李澤峰

（江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠，江西 豐城 331100）

0 引言

某電廠2×700 MW 超臨界機(jī)組鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司設(shè)計制造的超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊Π 形結(jié)構(gòu)。鍋爐主蒸汽和再熱蒸汽壓力、溫度、流量等參數(shù)要求與汽輪機(jī)的參數(shù)相匹配，主蒸汽溫度為571 ℃，最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）為2 101.8 t/h。鍋爐制粉系統(tǒng)為中速磨煤機(jī)正壓冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配置6 臺中速磨煤機(jī)。鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)采用平衡通風(fēng)的方式，通過匹配送風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的出力來平衡爐膛的壓力。爐后尾部布置兩臺轉(zhuǎn)子直徑為14 236 mm 的三分倉容克式空氣預(yù)熱器，每臺鍋爐配置兩臺。

隨著我國節(jié)能環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，國家對火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)有了新的要求，NOx排放的限值為50 mg/Nm3。當(dāng)前大多數(shù)火電廠主要采用選擇性催化還原法（SCR）為煙氣脫硝技術(shù)，也就是在省煤器和空氣預(yù)熱器中加裝SCR 脫硝裝置，可以減少火電廠運行過程中NOx 的排放量[1]。為積極響應(yīng)國家環(huán)保政策，該電廠于2017年對5 號、6 號鍋爐配套進(jìn)行了超低排放改造。改造后，實際運行中出現(xiàn)以下問題：SCR 噴氨不均，局部出現(xiàn)部分氨逃逸現(xiàn)象，當(dāng)逃逸的氨遇到SO3生成硫酸氫氨時，由于硫酸氫氨具有較強(qiáng)的粘附性，很容易將煙氣中的灰塵黏著在空預(yù)器中，導(dǎo)致空預(yù)器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響脫硝機(jī)組的經(jīng)濟(jì)安全運行。2020年春節(jié)假期及疫情期間由于機(jī)組負(fù)荷率低，造成該廠6 號機(jī)組累計接帶低負(fù)荷時間較長，導(dǎo)致空預(yù)器差壓快速上升。高負(fù)荷時引風(fēng)機(jī)總壓升高達(dá)到8 kPa，接近引風(fēng)機(jī)設(shè)計壓升（見表1 所示），引風(fēng)機(jī)已處于不穩(wěn)定區(qū)域，容易發(fā)生失速故障?？疹A(yù)器一次風(fēng)側(cè)差壓高達(dá)到3 kPa，一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓高達(dá)12 kPa，一次風(fēng)機(jī)存在喘振風(fēng)險。因此，加強(qiáng)對氨逃逸率的控制以及如何降低空預(yù)器差壓是一個現(xiàn)實的、急需解決的工程課題。以往該廠在空預(yù)器差壓升高后采取增加空預(yù)期吹灰頻率、在線沖洗以及停爐高壓水沖洗等措施，但增加空預(yù)期吹灰頻率效果不明顯；停爐高壓水沖洗時間不可控且費用比較高。加上受疫情影響，在線沖洗項目無法開展。通過了解，目前一些電廠采用空預(yù)器在線升溫的方法治理硫酸氫氨造成的空預(yù)器堵塞問題，在治理效果上取得了顯著的成效。結(jié)合該廠相關(guān)設(shè)備的技術(shù)特性，運行專業(yè)決定進(jìn)行空預(yù)器升溫降阻試驗，一方面驗證該方法在本廠的可行性，另一方面也為后續(xù)操作及設(shè)備改造提供試驗依據(jù)。

表1 5號、6號鍋爐引風(fēng)機(jī)設(shè)計規(guī)范

硫酸氫氨的氣化溫度在150~230 ℃范圍內(nèi)，硫酸氫氨將由固態(tài)變成氣態(tài)。采用空預(yù)器在線升溫的辦法治理硫酸氫氨造成的空預(yù)器堵塞的治理方案，即將空預(yù)器升溫至220 ℃左右，使硫酸氫銨氣化，從而治理由于硫酸氫氨造成的空預(yù)器堵塞問題[2-4]。

1 試驗內(nèi)容

根據(jù)機(jī)組運行情況，空預(yù)器升溫降阻試驗計劃安排在45-50% BMCR 工況進(jìn)行，對應(yīng)機(jī)組負(fù)荷為320 MW 左右。在該工況下穩(wěn)定鍋爐負(fù)荷、風(fēng)量、一次風(fēng)壓及其他相關(guān)運行參數(shù)，然后逐步提升單側(cè)空預(yù)器出口排煙溫度至200~230 ℃穩(wěn)定一定時間，使附著在空預(yù)器換熱面上的硫酸氫銨氣化，達(dá)到降低空預(yù)器差壓的目的。

2 試驗方法

試驗期間，將鍋爐各項參數(shù)調(diào)整到正常狀態(tài)，并保持機(jī)組負(fù)荷和鍋爐燃燒穩(wěn)定。然后逐漸退出鍋爐貼壁風(fēng)系統(tǒng)，逐漸關(guān)小B 空預(yù)器出口熱二次風(fēng)擋板、熱一次風(fēng)擋板，控制好升溫速率，逐步提升B 空預(yù)器出口煙溫至200~230 ℃，然后記錄引風(fēng)機(jī)進(jìn)口靜壓、空預(yù)器出口煙溫、空預(yù)器進(jìn)出口差壓等鍋爐相關(guān)的運行參數(shù)。

3 空預(yù)器升溫降阻試驗安全性及可行性分析

通過查詢該廠空預(yù)器說明書、電除塵、引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔運行說明書，空預(yù)器蓄熱片為普通碳鋼，變形溫度為420 ℃，表面噴涂陶瓷的冷端蓄熱元件爆瓷溫度在300 ℃以上，空預(yù)器升溫后整體膨脹變形。溫度提升后，主要是考慮空預(yù)器膨脹問題。根據(jù)不銹鋼膨脹系數(shù)，冷端徑向溫升100 ℃計算，冷端變形量、軸向平均溫升較小，空預(yù)器間隙調(diào)整的形變余量在空預(yù)器軟性密封的允許范圍之內(nèi)?？刂粕郎厮俾省?.5 ℃/min將不會發(fā)生空預(yù)器內(nèi)部動靜摩擦現(xiàn)象，因此升溫對蓄熱片無影響。電除塵內(nèi)部主要有陽極、陰極、電極瓷瓶等，沒有對煙溫有特別要求材料，但電極瓷瓶耐受溫度可能是制約點。為了防止瓷瓶出現(xiàn)裂紋，以投產(chǎn)以來運行經(jīng)驗表明，溫度在170 ℃無影響；根據(jù)廠家提供的資料，煙氣溫度提升到180 ℃后對引風(fēng)機(jī)葉片不會有影響，但應(yīng)加強(qiáng)對引風(fēng)機(jī)軸承溫度監(jiān)視；脫硫吸收塔內(nèi)除霧器為塑料材質(zhì)，對煙溫有明確要求，要求吸收塔煙氣入口溫度不大于160 ℃。

該廠空預(yù)器入口煙溫一般在290~350 ℃，50%BMCR 工況下，空預(yù)器入口煙溫約290 ℃，因此適當(dāng)減少空預(yù)器冷二次風(fēng)、一次風(fēng)量，必要時調(diào)整A、B 側(cè)送、引風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)出力就能達(dá)到提高煙溫至230 ℃要求。

通過以上設(shè)備運行情況考察及風(fēng)機(jī)出力分析，在50%左右鍋爐負(fù)荷，通過關(guān)閉貼壁風(fēng)，熱二次風(fēng)、熱一次風(fēng)協(xié)同調(diào)整，就能達(dá)到提高排煙溫度，整體提高空預(yù)器運行溫度。滿足試驗煙溫需要。因此該方案可行，現(xiàn)場具備提高煙溫進(jìn)行治理條件。

4 空預(yù)器升溫過程中的危險點及注意事項

1）控制好升溫速率，防止由于膨脹不均造成卡澀。

2）投入空預(yù)器冷端吹灰連續(xù)運行，加強(qiáng)引風(fēng)機(jī)軸承溫度監(jiān)視。

3）緩慢調(diào)整參數(shù)，防止煙溫過調(diào)超限危害電除塵、脫硫吸收塔設(shè)備安全，另外防止升溫速率過快造成空預(yù)器變形大卡澀。

4）提前試運吸收塔事故噴淋，確保設(shè)備安全。

5）加強(qiáng)另一側(cè)風(fēng)機(jī)參數(shù)監(jiān)視，防止過負(fù)荷。

6）兩側(cè)空預(yù)器運行工況差別大，監(jiān)視好鍋爐壁溫、主再熱汽溫，防止單側(cè)參數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)。

7）加強(qiáng)鍋爐燃燒及磨煤機(jī)運行監(jiān)視。由于單側(cè)一、二次風(fēng)退出，可能會造成一、二次風(fēng)溫下降影響鍋爐燃燒及磨煤機(jī)干燥處出力。

8）做好試驗空預(yù)器、該側(cè)風(fēng)機(jī)及另外一側(cè)風(fēng)機(jī)跳閘的事故預(yù)想。

5 現(xiàn)場治理方案實施及效果

2020年05月07日，在進(jìn)了充分準(zhǔn)備情況下，進(jìn)行了6 號爐B 空預(yù)器升溫試驗。機(jī)組帶45%負(fù)荷穩(wěn)定后，退出6 號爐貼壁風(fēng)系統(tǒng)，逐漸關(guān)小B 空預(yù)器出口熱二次風(fēng)擋板和熱一次風(fēng)擋板，控制B空預(yù)器出口煙氣溫度上升速率≤1.5 ℃/min。最終將B 空預(yù)器出口熱二次風(fēng)擋板和熱一次風(fēng)擋板全部關(guān)閉，維持B空預(yù)器出口煙氣溫度200 ℃左右。有效的把吸收塔入口煙溫控制在155 ℃，滿足空預(yù)器后各設(shè)備安全運行要求。

6號爐B空預(yù)器排煙溫度達(dá)200 ℃左右，經(jīng)過4小時后其阻力有所降低，考慮到空預(yù)器冷端漏風(fēng)的影響，空預(yù)器冷端蓄熱片的底部應(yīng)該達(dá)到了220~230 ℃，在此溫度下硫酸氫氨可以氣化，空預(yù)器阻力有所降低。因機(jī)組負(fù)荷低，空預(yù)器差壓下降幅度不大，有待改變機(jī)組負(fù)荷對試驗效果進(jìn)行驗證。

試驗前后鍋爐主要運行參數(shù)及熱態(tài)試驗結(jié)果見表2，B空預(yù)器差壓有明顯下降，機(jī)組帶690 MW負(fù)荷，相同風(fēng)量下，空預(yù)器煙氣側(cè)差壓下降約0.5 kPa，一次側(cè)差壓下降約0.5 kPa，引風(fēng)機(jī)入口靜壓下降約0.5 kPa，兩臺引風(fēng)機(jī)電流下降約50 A，節(jié)能效果顯著。

表2 試驗前后鍋爐主要運行參數(shù)

6 結(jié)語

1）6號爐B 空預(yù)器差壓有明顯下降，鍋爐高負(fù)荷運行時總風(fēng)量上升50 t/h以上，機(jī)組帶690 MW 負(fù)荷，相同風(fēng)量下，空預(yù)器煙氣側(cè)差壓下降約0.5 kPa，一次風(fēng)側(cè)差壓下降約0.5 kPa，引風(fēng)機(jī)入口靜壓下降約0.5 kPa，兩臺引風(fēng)機(jī)電流下降約50 A。證明此方法效果明顯，且操作過程風(fēng)險可控，可操作性較強(qiáng)，適合后續(xù)空預(yù)器差壓升高時的治理。

2）此次試驗溫度、時間雖然未達(dá)到試驗要求溫度和時間，但從試驗結(jié)果來看，效果還是比較明顯，因為空預(yù)器出口排煙溫度安裝測點位置在空預(yù)器出口煙道上，空預(yù)器冷端實際溫度比排煙溫度要高。另外，試驗過程中B 空預(yù)器出口熱二次風(fēng)擋板卡澀在15%關(guān)不到位也對空預(yù)器出口煙溫有所影響，后期只需將該缺陷消除，煙溫還有上升空間。另外此次試驗過程中吸收塔入口煙溫實際已接近150 ℃，繼續(xù)升溫空間也有限。綜合以上幾方面原因，以后空預(yù)器升溫降壓阻試驗溫度控制在190~210 ℃左右即可。

3）通過此次試驗，證明通過提高空預(yù)器出口排煙溫度使附著在空預(yù)器上硫酸氫銨蒸發(fā)降低空預(yù)器差壓的方法在該鍋爐切實有效，因此，該廠計劃暫停執(zhí)行空預(yù)器在線沖洗項目，這樣可以節(jié)省近100 萬元設(shè)備投資費用及后期運行費用。

4）鍋爐專業(yè)制定合理的空預(yù)器冷端受熱面腐蝕的檢查周期。由于空預(yù)器升溫降壓阻方案只對硫酸氫銨附著在空預(yù)器受熱面上造成的差壓上升有效，而對空預(yù)器低溫腐蝕及受熱面破損造成的差壓上升是無效的，低溫腐蝕又會加劇硫酸氫銨附著，是一個加劇惡化的過程，因此要合理安排空預(yù)器冷端受熱面腐蝕情況的檢查及更換周期。

5）從近兩年空預(yù)器差壓上升時間段來看，都是發(fā)生在1、2月份，主要是因為1、2月份環(huán)境溫度低、機(jī)組負(fù)荷低，空預(yù)器低溫腐蝕和硫酸氫銨附著相互促進(jìn)造成空預(yù)器差壓快速上升。1、2月份可以通過適當(dāng)降低配煤含硫來減輕空預(yù)器低溫腐蝕，減緩空預(yù)器差壓上升速率。

6）鍋爐超低排放改造后，空預(yù)器差壓正常值要求為1 200 Pa。根據(jù)此次試驗，制定以后空預(yù)器差壓升高時的處置措施，以后機(jī)組運行中空預(yù)器差壓（煙氣側(cè)）高于1 600 Pa時執(zhí)行空預(yù)器升溫降壓阻試驗方案，試驗時間控制5 h左右；空預(yù)器差壓（煙氣側(cè)）高于2 000 Pa 時執(zhí)行空預(yù)器升溫降壓阻試驗方案，試驗時間控制10 h左右。若差壓仍不能降低，根據(jù)機(jī)組檢修時間綜合考慮是否進(jìn)行在線沖洗。

通過實踐檢驗，證明該側(cè)空預(yù)器附著的硫酸氫銨在煙溫提升后確實按預(yù)想進(jìn)行了升華，壓差出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)，而空預(yù)器及后面設(shè)備主要參數(shù)未有影響，從而驗證此項技術(shù)在該廠可靠、安全、有效。而且空預(yù)器在線升溫的方法治理硫酸氫氨造成空預(yù)器堵塞問題耗時短、成本低，要比之前常用的在線高壓水沖洗方法更為高效，該方法值得在類似鍋爐室預(yù)器中進(jìn)行推廣。