1 000 MW机组空预器在线水冲洗策略研究

赵笑天

(广东大唐国际潮州发电有限责任公司，广东 潮州 515723)

0 引言

2015-08-29，十二届全国人大常委会第十六次会议表决通过了修订后的《中华人民共和国大气污染防治法》，确立了我国大气污染指数指导纲要，要求火力发电厂必须安装烟气脱硝系统。随着烟气脱硝系统的投运，空预器堵灰问题日益突出，严重影响了火力发电机组的安全稳定、节能经济运行。为解决这个问题，广东大唐国际潮州发电有限责任公司在安装脱硝系统时，还安装了空预器在线水冲洗装置，可在机组运行状态下对空预器进行在线冲洗，降低了空预器压差，提高了机组运行经济性和安全性，达到了节能降耗的目的。

1 设备概况

该发电公司3号锅炉是由哈尔滨锅炉厂设计生 产 的 HG-3110/26.15-YM3 型 1 000 MW 超超临界变压运行直流锅炉，采用单炉膛、一次再热、固态排渣、全悬吊∏型结构。2台空气预热器采用豪顿华工程有限公司的33.5VNT2050(200)型三分仓回转式空气预热器，在2009-11-09投入商业运行，在2012年完成空气预热器脱硝适应性改造。改造后，空气预热器总高度2 300 mm，共分3层：热段300 mm(原冷端，考登钢)，中温 端 1 000 mm(原 中 温 端， 低 碳 钢 )， 冷 端1 000 mm(新增，搪瓷元件)。

共有3种不同的气流通过空预器，即烟气、一次风和二次风。烟气位于转子的一侧，另一侧为一次风和二次风，气流之间由3组扇形板和轴向密封板相互隔开。烟气和空气流向相反，即烟气向下，一、二次风向上。每台空预器冷端均安装了蒸汽吹扫装置和空预器在线水冲洗装置，空预器进行高压水冲洗时射流集中，水的剪切强度大，对灰垢的清除能力比高温蒸汽强；同时高压水的流速远小于蒸汽的流速，对空预器的动能破坏作用比蒸汽小。

3号机组配备了3D2A型高压冲洗水泵组，该泵组可在现场直接安装，具有结构紧凑、体积小等优点。3D2A型高压冲洗水泵组的主要参数如表1所示。

表1 3D2A型高压冲洗水泵组的主要参数

2 空预器堵灰原因分析

空预器堵灰后导致压差升高的主要原因是NH4HSO4堵塞。安装SCR脱硝系统后，烟气经过SCR反应器时会促进烟气中SO2转化为SO3，导致空预器入口烟气中的SO3浓度变大，提高了H2SO4的露点，在空预器冷段冷凝形成酸雾。在SCR反应器出口会逃逸一定浓度的气态氨，当烟气温度低于220 ℃时，烟气中SO3，NH3与水反应生成NH4HSO4。烟气温度在146—207 ℃时，NH4HSO4为高粘性液体，易粘在空预器中、低温换热面上，吸附烟气中的飞灰；烟气温度低于146 ℃时，NH4HSO4为固体，会加剧空预器堵塞。

结合空预器的热力分布图，满足2个条件即可形成NH4HSO4：(1) 硫分增加；(2) 氨逃逸增加。由于近期大量使用高硫份煤和不可避免的氨逃逸，因此可以确定为NH4HSO4在空预器波纹陶瓷换热面积聚造成了空预器堵塞。

3 高压在线水冲洗实施方案

空预器在线水冲洗过程中，首先要考虑3个因素：(1) 水量和水压的控制；(2) 冲下灰污的排放问题；(3) 枪管的支撑和推进问题。由于空预器为烟气和一、二次风提供换热服务，水量过大会使过多的热量被冲洗用水吸收，导致一、二次风风温降低，不能满足制粉系统及燃烧系统的正常运行；其次，过大的水流对冲洗水泵的出力有较高要求，不利于保证对冲洗用水压力的要求。通过试验，最终将枪头喷嘴的数量控制为2个，喷嘴孔的直径控制为2 mm，保证在35 MPa压力下进入空预器的冲洗水流量不超过3 t/h。冲洗水通过垂直向上的枪管和喷嘴垂直喷入陶瓷蓄热片间，同时投入相应的空预器冷端吹灰器(吹灰器汽源为断开状态，将冷端空预器吹灰器切到空预器水冲洗模式)，用冲洗水枪以1 cm/min的速度对蓄热元件进行连续冲洗。水压的控制也非常关键。水压过低，水流还未接触换热元件，就会被热烟气蒸干，起不到冲洗作用；水压过高，对冲洗枪管材料规格的要求就比较高，会带来不必要的浪费，还可能造成空预器换热元件的损坏。

最初，该发电公司选用1台湘潭某电机厂生产的三缸柱塞泵(额定压力为13.5 MPa)，实际工作压力为12 MPa，但冲洗效果有限。后来，更换为在线水冲洗使用的高压冲洗车作为水源，水压设置为35 MPa。冲洗前，预想到在除灰效果明显的情况下，大量的堵灰落下会导致空预器烟气侧灰斗排灰不畅，需要事先将空预器拆下灰斗清理。在灰斗排污管弯头处，加接冲洗水管即可解决这个问题。实施冲洗后，大部分堵灰随烟气进入电除尘器而被除掉。

随着火电机组脱硝系统的投入使用，普遍存在由氨逃逸引起的空预器蓄热板堵灰问题。空预器堵塞后，将严重影响锅炉排烟温度，造成锅炉系统阻力增大、风机喘振等现象。目前，火电机组同行业内对空预器冲洗普遍采用风烟系统半边隔离在线冲洗方式，这需要机组长时间低负荷运行；且因机组处于半侧风烟系统运行状态，设备如有故障极易造成机组非停。

2015-09-15，3号锅炉空预器前后压差在高负荷情况下逐渐增大到1.69 kPa，并有继续上涨趋势。为了提升机组经济运行可靠性，经过反复研讨、论证并采集大量现场试验数据，以高压力、低流量的方式，利用高压水在线冲洗空预器受热面，最大限度地清理了空预器蓄热板堵灰。在线水冲洗前后空预器压差对比如表2所示。

表2 3A及3B空预器水冲洗前后压差对比 kPa

4 试验分析

通过此次试验证明，对空预器进行在线高压水冲洗是完全可行的，可以在不影响机组正常负荷的情况下有效降低空预两侧的压差，延长空预器在线运行周期。

4.1 低流量的水冲洗不会影响换热效果

由于冲洗水的流量很低(不高于3 t/h)，与锅炉满负荷时130 t/min的烟气流量相比，基本可以忽略不计；即使锅炉负荷稍低，冲入换热元件的水分也会很快沸腾蒸发，不会明显降低一、二次风温。

4.2 高压水冲洗效果优于蒸汽吹灰

高压水对空预器换热元件间的积灰有很强的冲击作用；与蒸汽吹灰器不同，高压水进入空预器是一个吸热沸腾并剧烈膨胀的过程，能在换热元件间隙产生很大的压力，能有效疏松堵灰。而吹灰蒸汽进入空预器后是一个放热收缩的过程，只能吹走较为疏松的浮灰。

4.3 高压水冲洗对换热元件的影响

空预器在线高压水冲洗采用的冲洗水压力为35 MPa，而离线时采用的冲洗水压力为 60 MPa，此时空预器换热元件为室温，脆性较运行中的空预器换热元件高很多，所以在线冲洗时高压水对换热元件的冲击损坏也将非常有限。

在线高压水冲洗的效果基本上等同于相同压力下的离线高压水冲洗效果。

4.4 在线高压水冲洗对负荷及除尘器无不良影响

试验表明，机组进行风烟系统无半边隔离、负荷不受限单侧进行高压水冲洗，提高了机组运行经济性和安全性。同样，也没有发现在线高压水冲洗对电除尘器的运行有任何的不利影响。

5 结束语

对空预器安装在线高压水冲洗系统，以实现其在线冲洗，这在目前还处于初步探索阶段，实际冲洗效果还需要进一步收集数据加以分析。考虑到高压水冲洗可能会对空预器内陶瓷蓄热片造成损伤，需要在运行一段时间后停炉进行检查才能确定。目前，部分发电公司并未开展空预器在线水冲洗工作，但是随着1 000 MW燃煤机组的大量筹建，掺烧高硫煤种、机组超低排放改造及脱硫脱硝项目的不断推进与发展，空预器在线高压水冲洗必将成为火力发电企业定期开展的工作之一。

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