循环流化床锅炉管式空气预热器积灰与漏风治理

杜佳军

(神华集团循环流化床技术研发中心，太原　030021)



循环流化床锅炉管式空气预热器积灰与漏风治理

杜佳军

(神华集团循环流化床技术研发中心，太原030021)

摘要：某电厂循环流化床锅炉管式空气预热器存在积灰与漏风问题，在深入分析设备结构、燃烧煤种及运行状况后，得出其主要原因为设备设计及安装质量差、暖风器运行疏水控制不当等。通过采取针对性设备检修、技术改造及引进可调频高声强声波吹灰器及新型吹灰技术等措施彻底消除了隐患，保证了机组的长周期安全、稳定、可靠、经济运行。

关键词：循环流化床锅炉；管式空预器；积灰；漏风；暖风器

0前言

空气预热器(以下简称空预器)是利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气的设备。目前国内外电站锅炉采用的空预器一般可分为管式空预器和回转式空预器，由于循环流化床燃烧技术烟气流速低、飞灰颗粒大等特性，使循环流化床锅炉大多采用管式空预器。现阶段由于管式空预器结构设计不合理、锅炉燃烧煤种偏差大、冬季暖风器设备投运不当及吹灰效果差等原因，导致国内多数循环流化床锅炉管式空预器存在不同程度的积灰与漏风问题，因此也直接影响了机组长周期安全、可靠、经济运行。某电厂近年来深入研究循环流化床锅炉管式空预器积灰与漏风原因，通过实施相应设备检修及技术改造等措施，彻底解决了存在的问题。

1设备简介[1]

某电厂200 MW等级循环流化床锅炉设计采用管式空预器，卧式结构，三行程、顺列布置，烟气在管间纵向流动，空气在管内流动，一次、二次风冷风由炉后引入，热风风道自炉前引出。因一次、二次风风压有较大差别，空预器管箱分隔成3个独立的通道，一次风布置在中央，二次风布置在两侧，管箱分为3层。空预器尺寸为19 500 mm×7 600 mm×11 110 mm(长×宽×高)，管子规格为ø60 mm×2 mm，长度L=7.6 m，一次风管共12 840根，二次风管共14 400根，低温段采用NS1-3耐腐蚀钢。空预器每层设计有4台对吹长伸缩式蒸汽吹灰器，设计运行方式为1天1次。空预器结构如图1所示。

图1　某电厂锅炉空预器设备结构

2存在的问题[2-3]

机组投产初期锅炉暖风器设备由于存在频繁泄漏问题而一直未能有效投运，加之电厂所处地为北方高寒地区，冬季环境温度较低，因此空预器全年近一半运行时间内冷端进风温度过低。同时，随着锅炉运行周期的延长，出现空预器出口一次风加热效果逐渐降低，二次风加热效果逐渐升高，空预器烟气侧差压逐渐增大等现象，运行参数如图2、图3所示。在机组停机检修中发现空预器一次风一级管箱出现积灰及腐蚀问题，并且二次风一级管箱也出现轻微积灰和腐蚀。此外，机组运行中电厂对空预器设备定期进行漏风测试，发现空预器漏风率随机组运行周期的延长而逐渐升高，尤其是在机组运行120 d后，空预器漏风率明显增大，严重影响机组安全、经济运行。为了解决空预器积灰与漏风问题，电厂在历次机组停机中均安排了空预器检修项目，但由于空预器管箱空间狭小，人工清理积灰难度大，虽投入大量人力和物力，检修效果始终不佳。

3原因分析

分析循环流化床锅炉管式空预器积灰主要原因有设备结构不合理、燃烧煤种偏差大、暖风器投运不当及吹灰器清灰效果差等，这与机组设计、安装及运营等多方面都有直接关系。管式空预器管箱积灰后，其管子仅能与冷空气接触而不能与热烟气换热，因此直接导致了管子金属壁温低于酸露点温度而发生低温结露及腐蚀，最后造成空预器漏风率逐渐增大。由于管式空预器的积灰与腐蚀是同时、同步、相辅相成发生的，因此空预器设备积灰越严重，其腐蚀也越大，最终在运行过程中形成恶性循环而影响锅炉安全、经济运行。

图2　#2锅炉治理前一次、二次风加热温度

图3　#2锅炉治理前空预器运行参数

该管式空预器烟气侧整体设计为1个通道，经调研，其为国内现有循环流化床锅炉最大单烟道结构管式空预器，如一次风烟气侧积灰严重，则二次风因烟气流量增大而增强换热，所以该型空预器比新型双烟道结构管式空预器更易积灰。该空预器两侧二次风与中间一次风管箱烟气侧之间各有1处宽度为700 mm自上而下的空档部分，形成了空预器烟气走廊现象，降低了烟气流速，增加了积灰几率。该电厂锅炉实际燃烧煤种偏差大(收到基硫分设计值为0.37%，实际值为1.08%)，直接导致烟气酸露点升高约15 ℃，使空预器更容易发生低温结露、腐蚀及积灰。

电厂锅炉暖风器频繁泄漏而不能正常投运是造成空预器管箱积灰与漏风的重要原因之一。暖风器频繁泄漏主要原因有2方面：一是设备设计及安装质量差，未充分考虑换热翅片管冷、热膨胀的问题，最终造成翅片管与进、出口集箱角焊缝拉裂泄漏；二是暖风器运行疏水控制不当，造成运行中翅片管冷、热疲劳损伤泄漏。同时，空预器蒸汽吹灰器选型不合理，吹灰范围不能满足设备运行要求也是积灰的重要原因之一，尤其是中间一次风清灰效果差导致积灰严重。此外，吹灰器气源管路安装不合理，造成了吹灰蒸汽带水现象，运行吹灰器时吹损管子而增大了空预器漏风。

4治理措施

4.1一次、二次风暖风器改造

为了有效解决空预器冷端进风温度过低问题，该电厂在充分调研热管、热风再循环及暖风器加热等技术基础上，最终采用了旋转式暖风器+自动控制疏水方案进行设备改造。其中锅炉一次、二次风进风风道共设计4台旋转式暖风器，每台暖风器由2片翅片管换热组组成，暖风器换热组采用并联方式运行。暖风器设计时充分考虑空气阻力小于250 Pa，疏水温度在170 ℃左右，疏水端设计1路管道至定排扩容器，1路管道至排汽装置，以确保暖风器连续投运和疏水有效回收。暖风器自动控制系统采用水侧调节方式，即通过自动调节暖风器内部水位的高低来改变传热面积，最终实现空预器冷端进风温度恒定在30 ℃以上，从而彻底解决了空预器低温结露和腐蚀问题。暖风器设备改造后投运稳定且完全满足空预器运行要求。

4.2空预器重大检修

由于电厂锅炉空预器一级管排积灰严重且无法彻底清理，因此在空预器重大检修中将一级管排全部割除并更换新管箱。同时根据设备查漏结果更换空预器二级、三级全部漏风管排，并对所有墙板、花板及补偿器等管箱漏风点进行彻底处理。此外还彻底清理疏通空预器二级、三级管排局部积灰，保证空预器管箱烟气侧畅通。空预器检修中将一次风管子由ø60 mm×2 mm更换为ø57 mm×2 mm，数量及长度保持不变，即将一次风一级管排间距增大3 mm，减少了空预器管排间搭桥积灰几率。二次风新更换的管子规格、数量及长度保持不变。针对空预器设备存在的烟气走廊现象，在检修中使用钢架+钢板方式进行了封堵处理。通过实施上述措施，空预器设备运行状况得到了彻底改善，有效避免了管箱低温结露、腐蚀及积灰现象。

4.3可调频声波吹灰器应用

为了达到锅炉运行中有效清理空预器积灰的目的，在空预器一级管箱上引进了可调频高声强声波吹灰器及新型吹灰技术，该技术具有声波能量高、频率覆盖范围大、辐射全向性及运行可靠、稳定等优点，可实现全方位不留死角清除积灰。由于该声波清灰方式本身又可以防止或延缓沉积物的形成，因此可起到提前预防积灰的作用。可调频高声强声波吹灰器包括声波发生器、吹灰指数号筒、控制装置和气源，其通过控制系统来实现全天候、无人干预自动运行，并可根据现场设备结构及积灰形式设定最佳吹扫频率和运行周期，在保证除灰效果的基础上不会对空预器设备内部结构产生任何不良作用。电厂可调频高声强声波吹灰器投运以后，空预器管箱积灰问题得到了彻底解决。

通过实施上述措施，该电厂锅炉空预器运行状况得到了彻底改善，锅炉运行中空预器一次、二次风加热温度变化不大且满足要求，其运行状况如图4、图5所示，空预器漏风率基本控制在5%以内，空预器改造前、后系统阻力等参数变化较小，机组运行经济性得到有效提升。

图4　#2锅炉空预器治理后一次、二次风加热温度

图5　#2锅炉空预器治理后运行参数

5结束语

通过深入研究循环流化床锅炉管式空预器存在的问题，得出管式空预器积灰与漏风产生的根本原因为设备结构不合理、燃烧煤种偏差大、暖风器投运不当及吹灰器清灰效果差等，进而从设备结构缺陷处理、暖风器及改造有效投运、引进新型可调频声波吹灰器等多方面入手，实施相应设备检修和技术改造，最终彻底解决了问题，为机组设备长周期安全、稳定、可靠、经济运行打下坚实基础。

参考文献：

[1]锅炉说明书:SG—690/13.7-M451[S].

[2]蒋敏华,肖平.大型循环流化床锅炉技术[M].北京:中国电力出版社,2009.

[3]孙献斌,黄中.大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M].北京:中国电力出版社,2009.

(本文责编：弋洋)

收稿日期:2015-11-26；修回日期:2016-05-06

中图分类号：TK 223.3

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)05-0054-03

作者简介：

杜佳军(1983—)，男，陕西榆林人，锅炉研发高级师，工程师，从事循环流化床锅炉生产技术研究管理工作(E-mail:dujiajun_1983@163.com)。