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鍋爐空氣預(yù)熱器是利用鍋爐尾部的煙氣余熱來加熱空氣的換熱設(shè)備。一般多用于燃煤電站鍋爐，目的是提高鍋爐的熱交換性能，降低能量消耗，可分為管箱式、回轉(zhuǎn)式兩種，目前電站鍋爐較常采用回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器。但由于回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜和自身特點(diǎn)，鍋爐空氣預(yù)熱器往往容易發(fā)生堵灰問題。若不妥善處理，將對鍋爐安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

某電廠采用的回轉(zhuǎn)再生式三分倉空氣預(yù)熱器，在去年冬季發(fā)生多次堵灰問題，嚴(yán)重影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。給電廠造成重大經(jīng)濟(jì)損失，現(xiàn)就堵灰發(fā)生過程原因分別進(jìn)行分析，并提出治理措施以確保鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 鍋爐空氣預(yù)熱器冬季堵灰問題分析

1.1 煤質(zhì)因素

一般而言，當(dāng)煤的折算硫分Ss＞0.2%，屬于高硫分煤范疇。空氣預(yù)熱器堵塞期間煤因發(fā)熱量降低，平均折算硫分是設(shè)計(jì)值的2倍。據(jù)有關(guān)資料介紹，硫露點(diǎn)溫度與煤折算硫分的立方根成正比，即露點(diǎn)溫度t1d=f(Ss1/3)。發(fā)生空氣預(yù)熱器堵塞期間，按煤的最大折算硫分達(dá)到0.37%時(shí)的露點(diǎn)溫度升高到90.1℃，比85℃的設(shè)計(jì)值高5℃。受硫酸濃度增加和露點(diǎn)溫度升高的雙重影響，在空氣預(yù)熱器冷端金屬元件發(fā)生腐蝕的同時(shí)加劇空氣預(yù)熱器沾灰堵塞。

圖1 二次風(fēng)熱風(fēng)再循環(huán)管移位示意圖

表1 不同負(fù)荷、含硫量的冷端綜合溫度控制值℃

1.2 空氣預(yù)熱器蒸汽吹灰壓力

原控制蒸汽吹灰器提升閥后的壓力為0.6MPa，但發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器壓差增加，即使長期投入蒸汽吹灰也不能降低壓差，說明吹灰器在此壓力工作對空氣預(yù)熱器積灰沒有疏通作用。

1.3 預(yù)熱器金屬壁面溫度

與煙氣接觸的空氣預(yù)熱器金屬元件壁溫如高于露點(diǎn)溫度，則低溫腐蝕導(dǎo)致的空氣預(yù)熱器堵灰一般不可能發(fā)生，否則反之。

對于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，冷端空氣預(yù)熱器傳熱元件的壁溫tk可以由下式近似計(jì)算:

式中tpy為排煙溫度(℃)；kkq為空氣預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)溫(℃)。

由上式可知，隨機(jī)組負(fù)荷降低，排煙溫度下降，冬季環(huán)境溫度低，排煙溫度和空氣預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)溫隨之降低，造成空氣預(yù)熱器金屬壁溫降低。鍋爐設(shè)計(jì)采用熱風(fēng)再循環(huán)來提高空氣預(yù)熱器的進(jìn)口風(fēng)溫，使傳熱元件的金屬壁溫高于煙氣露點(diǎn)溫度?？諝忸A(yù)熱器廠家規(guī)定冷端綜合溫度：冷端綜合溫度=排煙溫度+空氣預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)溫≥148℃。

1.4 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)口風(fēng)溫偏高

根據(jù)熱風(fēng)再循環(huán)的熱力計(jì)算，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)口月平均最低風(fēng)溫為0℃，熱風(fēng)再循環(huán)混合后的空氣預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)溫為20℃，2008年初的環(huán)境溫度最低值為－2.87℃，再循環(huán)全開后不同負(fù)荷工況下排煙溫度及空氣預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)溫等。

注:排煙溫度在A，B側(cè)分左、中、右各布置3個(gè)溫度點(diǎn)；綜合溫度1=A，B側(cè)6點(diǎn)平均排煙溫度+進(jìn)口風(fēng)溫；綜合溫度2=A，B側(cè)除最高點(diǎn)溫度外的4點(diǎn)平均排煙溫度+進(jìn)口風(fēng)溫；綜合溫度3=A，B側(cè)最低溫度點(diǎn)2點(diǎn)平均排煙溫度+進(jìn)口風(fēng)溫

分析數(shù)據(jù)，冬季開啟熱風(fēng)再循環(huán)后，負(fù)荷低于533MW時(shí)，空氣預(yù)熱器的冷端綜合溫度已不能滿足≥148℃的要求。隨負(fù)荷降低，差距越大。鍋爐雖設(shè)置了熱風(fēng)再循環(huán)，設(shè)計(jì)熱風(fēng)再循環(huán)門開啟后的溫升△t=20℃－0℃=20℃，但冬季實(shí)際熱風(fēng)再循環(huán)的溫升只有6.91℃－(－1.56℃)=8.47℃，無法達(dá)到冬季寒冷季節(jié)空氣預(yù)熱器冷端綜合溫度的要求。表明熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量不足，熱風(fēng)再循環(huán)的加熱能力受到質(zhì)疑。需要通過試驗(yàn)予以查明原因。

3 熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)情況及數(shù)據(jù)分折

(1)熱風(fēng)再循環(huán)開度檢查試驗(yàn)

通過試驗(yàn)查明再循環(huán)門可以全開，空氣預(yù)熱器進(jìn)口一次風(fēng)溫基本達(dá)到設(shè)計(jì)值，但二次風(fēng)再循環(huán)管道有堵塞現(xiàn)象，空氣預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)溫較設(shè)計(jì)值偏低較多。

停爐后檢查，二次風(fēng)箱與再循環(huán)管的接口在夏季封堵后，沒有將孔徑恢復(fù)，實(shí)際流通截面僅40%。

2)二次熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量測試

恢復(fù)二次風(fēng)再循環(huán)管進(jìn)口面積后，不同負(fù)荷二次風(fēng)熱風(fēng)再循環(huán)量測試數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值的比較見表5。

負(fù)荷400MW，全開二次熱風(fēng)再循環(huán)門，空氣預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)溫度為15.68℃，冷端綜合溫度為136℃，低于設(shè)計(jì)值12℃。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，低負(fù)荷時(shí)二次總風(fēng)箱壓力一般維持0.56～0.8kPa，再循環(huán)風(fēng)管前后壓差較小，再循環(huán)風(fēng)量降低，則冷端綜合溫度更低。

(3)一次風(fēng)熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量測試

經(jīng)測試，360MW低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，只要維持二次風(fēng)箱壓力不低于0.80kPa，一次風(fēng)熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量基本可以達(dá)到設(shè)計(jì)值。

(4)核算不同環(huán)境溫度對空氣預(yù)熱器進(jìn)口一次風(fēng)溫的影響

假設(shè)不同負(fù)荷工況一次熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相同，且認(rèn)為熱一次風(fēng)溫度環(huán)境溫度同步降低，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過熱平衡核算環(huán)境溫度分別降低至5℃，1.5℃時(shí)空氣預(yù)熱器進(jìn)口一次風(fēng)溫變化。

核算數(shù)據(jù)表明:如冬季環(huán)境溫度低至1.5℃，再循環(huán)全開，空氣預(yù)熱器進(jìn)口一次風(fēng)溫會(huì)低于20℃。但因偏離程度不大，如果提高二次風(fēng)箱壓力，則空氣預(yù)熱器進(jìn)口一次風(fēng)溫勉強(qiáng)可以達(dá)到設(shè)計(jì)值。

4 治理措施及效果

4.1 二次熱風(fēng)再循環(huán)管移位改造

基于二次熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量明顯不足，而再循環(huán)風(fēng)量決定風(fēng)管前后壓差，因此將二次風(fēng)熱風(fēng)再循環(huán)管進(jìn)行移位改造，以提高再循環(huán)風(fēng)量，如圖1。

（1）通過移位改造后試驗(yàn)，當(dāng)負(fù)荷400MW，環(huán)境溫度5℃，全開二次風(fēng)再循環(huán)門，空氣預(yù)熱器進(jìn)口二次風(fēng)溫可以達(dá)到20℃的設(shè)計(jì)值。當(dāng)冬季環(huán)境溫度低于0℃且負(fù)荷低于360MW時(shí)，則關(guān)小二次總風(fēng)門擋板，提高再循環(huán)風(fēng)管前后風(fēng)壓差，進(jìn)一步提高熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量。進(jìn)行關(guān)小二次風(fēng)門擋板試驗(yàn)表明，在環(huán)境溫度3.8℃，關(guān)小二次總風(fēng)門至38%擋板，可提高再循環(huán)前后風(fēng)壓差0.3kPa，提高空氣預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)溫7.2℃。

（2）控制冷端綜合溫度是防止空氣預(yù)熱器機(jī)會(huì)堵塞的重要舉措，通過運(yùn)行觀察和摸索性試驗(yàn)，根據(jù)不同的機(jī)組負(fù)荷和入爐煤含硫量，制定不同的空氣預(yù)熱器冷端綜合溫度控制值，有關(guān)控制數(shù)據(jù)規(guī)定見表1。

（3）通過摸索性試驗(yàn)，制定正常的空氣預(yù)熱器前后壓差控制值，當(dāng)壓差值高于控制值時(shí)意味已經(jīng)出現(xiàn)積灰，此時(shí)將冷端空氣預(yù)熱器吹灰器壓力提高到適當(dāng)壓力，對空氣預(yù)熱器冷端連續(xù)吹灰，直至空氣預(yù)熱器前后壓差達(dá)到正常，然后再恢復(fù)常規(guī)的吹灰蒸汽壓力運(yùn)行。

（4）入爐煤配煤慘燒，嚴(yán)格控制入爐煤平均含硫量Sar≤1%，并建立含硫量的預(yù)警機(jī)制，當(dāng)含硫量升高時(shí)及時(shí)采取應(yīng)對措施。

4.2 治理效果

采取上述措施后，較好地解決了冬季低負(fù)荷運(yùn)行期間空氣預(yù)器堵灰的難題，今后再?zèng)]有發(fā)生空氣預(yù)熱器堵灰問題導(dǎo)致的停爐。

結(jié)語

總之，造成鍋爐空氣預(yù)熱器堵灰的原因較多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都要可能造成空氣預(yù)熱器堵灰。為此，電廠鍋爐運(yùn)行人員切不可對燒損事故的防范掉以輕心，必須采取多項(xiàng)措施來解決空氣預(yù)熱器的堵灰。一方面要從技術(shù)改進(jìn)從源頭上解決問題，另一方面也要加強(qiáng)設(shè)備的日常維護(hù)，才能解決好空氣預(yù)熱器堵灰難題，確保鍋爐運(yùn)行安全和運(yùn)行效率。

[1]劉海龍.回轉(zhuǎn)式三分倉空氣預(yù)熱器堵灰分析及預(yù)防[J].節(jié)能，2009（11）.

[2]韓志成;曾衍鋒.空氣預(yù)熱器堵灰原因分析及預(yù)防措施[J].電力設(shè)備，2008（06）.