三分仓回转式空预器防堵灰技术改造研究

翟博

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010000）

空预器是火力发电厂中重要的换热部件，对机组的安全、稳定运行起着关键作用[1-2]。近年来超低排放改造后，空预器堵灰问题日益突出，造成空预器堵塞、炉膛负压波动增大、风机出力不足，严重的甚至造成非计划停机，给机组的安全性、经济性和稳定性带来巨大影响[2-3]。

空预器堵灰的原因主要有以下几种：①冷端低温腐蚀。为使NOx排放质量浓度满足超低排放要求，增加了脱硝催化剂的投入使用量，导致更多的SO2被氧化成SO3，烟气酸露点升高，硫酸附着在传热元件上，产生空预器冷端腐蚀，导致空预器堵灰[4-6]。②硫酸氢铵堵塞。由于SCR 脱硝系统氨氮摩尔比的均匀性难以保证，氨逃逸不可避免，逃逸氨和烟气中的SO3反应形成硫酸氢铵（NH4HSO4），在低温段凝结附着并粘着飞灰，最终造成空预器堵灰[7-9]。③吹灰不当。锅炉吹灰带水或蒸汽参数选择不当，容易破坏换热元器件，导致空预器积灰板结堵塞[10]。

某火力发电厂采用的是三分仓回转式空气预热器，由于蓄热元件堵灰导致阻力增加，使锅炉风机运行电耗增加，堵灰严重时，还会造成风机失速、机组无法满负荷运行等后果，严重影响了机组的安全性和经济性。为降低空预器蓄热元件在运行中的阻力，提高空预器换热效果，改善机组运行状况，对三分仓回转式空预器进行了防堵灰技术改造。

1 空预器概况

此火力发电厂采用的空气预热器为三分仓回转式空气预热器。空预器的高温段传热元件材质为Q235普通碳素结构钢，尺寸（厚度×高度）为0.50 mm×900 mm；低温段传热元件材质为脱碳钢和双面镀搪瓷，尺寸（厚度×高度）为1.05 mm×950 mm；传热元件的面积（单侧）为52 021 m2；轴承润滑及冷却方式为油浴润滑，顶部轴承水冷。其他相关技术参数如表1所示。

表1 空预器主要技术参数

2 空预器防堵灰改造原理及方案

2.1 改造原理

2.2 空预器防堵灰改造方案

空预器防堵灰改造主要涉及3 方面，即扇形板改造、风道改造、磨料系统改造。

2.2.1 扇形板改造

为实现循环风的循环，在空预器中设置循环风仓，机组空预器转向为转子从一次风侧进入烟气侧，因此，循环风分仓设置在二次风侧分仓靠近烟气侧位置，需对空气预热器的扇形板进行改造。即对每台空预器冷、热端扇形板进行改造，在二次风侧靠近烟气扇形板部位新增7.5°循环热风分仓。

2.2.2 风道改造

在空预器内部改造时，在增设的扇形板上方增加隔板，隔板设计为锰钢板，增设过渡段和变径。同时为实现循环风的闭式循环，在循环风仓上下两端用风道连接，并在循环风道中安装高温防磨循环风机作为循环风的驱动力。

2.2.3 磨料系统改造

为了对附着在蓄热元件上的灰分进行及时清扫，防止由于灰分过度积累导致堵灰难以被清理，在循环风中加入少量磨料，利用循环风携带磨料冲刷蓄热元件的方式对蓄热元件上的积灰进行定期清扫。这一方法的优势在于，携带磨料的方式可以保证在整个循环风仓里磨料和空气的速度一致，这样磨料对蓄热元件的冲扫效果相同，无论低温区还是中温区都能达到良好的清扫效果，而且干燥的磨料对蓄热元件表面凝结的液体有吸附作用，在清扫的同时可以将表面的液体带走，进一步防止积灰。

试验过程历经波折，但试验结果令人满意，试验的目的达到了。象车田里村这样的渡口如果使用升降立柱改造成人力扯渡，渡船技术难度大大降低，渡工素质要求也不高，而安全系数会得到显著提高，村民过渡会更加安全。

2.3 改造要求

空预器防堵灰改造要求主要包括以下几方面：①改造方案力求简洁，具有良好的可操作性、安全性、可靠性和完整性。改造后系统的检修周期应与机组的要求一致，不应增加机组维护期和检修期。②系统改造后应具有良好的安全性，不因系统改造产生额外危及锅炉安全可靠性的因素。在满负荷运行条件下，空预器不发生堵灰现象，保证改造后的锅炉在全负荷运行情况下空预器烟气侧阻力不高于基准值的120%（机组启动后首次600 MW 工况下烟气侧压力测量数据为基准值），且漏风率不超过改造前测量值。同时不影响一次风机、送风机、引风机安全运行。③所有设备均正确设计和制造，在正常工况下均能安全、持续运行，而不应有过度的应力、振动、温升、磨损、腐蚀、老化等其他问题，设备结构考虑日常维护（如加油、紧固等）需要。④设备性能应满足设计及使用要求，产品结构设计应紧凑、简单，检修维护方便，并有良好的密封。各转动件转动灵活，无卡阻现象。润滑部分密封良好，无油脂渗漏现象。⑤新装循环风道系统需采用圆形钢管风道设计，内壁需进行防磨处理。对空预器扇形板进行改造，不能对空预器的支撑梁等承重设备有改动。新增加循环风仓的安装位置合理，不影响风道上、下游设备的正常运行，不影响其他设备的正常检修、改造、运行。⑥空预器风量分切防堵灰改造系统结构简单便于拆卸，能够快速检修及更换配件，检修时不需停炉，各项系统及重要设备、管道位置根据需要设计安装平台、扶梯，并满足操作和检修。阀门布置位置合理，方便运行人员操作，预留检修空间合理、方便检修。

3 空预器防堵灰系统投运、运行及维护

3.1 系统投运

空预器防堵灰系统投运过程如下。

投运前检查空预器防堵灰系统检修工作全部结束，收回工作票，工作人员撤离，表计、变送器正常投入，现场清理干净，空预器循环风机、磁力耦合器地脚螺栓无松动，风道保温良好。检查空预器循环风机电机接地线良好，绝缘合格，将电源送至工作位置且所有保护联锁投入。检查空预器防堵灰系统磁力耦合器已送电。检查空预器循环风机轴承冷却水供、回水手动门及总门开启，冷却水投入正常。检查空预器循环风机轴承箱油位在油窗中心线上方，但不得超过高、低油位线限值。检查空预器循环风机出、入口关断挡板压缩空气手动门开启，挡板送电并关闭。检查空预器循环风磨料手动门、电动门关闭。

确认空预器循环风机启动条件满足，对应侧空预器已运行。启动空预器循环风机，检查风机电流、振动、声音及轴承温度均正常。检查空预器循环风机出口挡板、入口挡板联开，否则手动开启。通过调整磁力耦合器开度来调整循环风机转速，开度0%对应转速为0 r/min，开度100%对应转速为960 r/min。逐渐调整磁力耦合器开度到30%（对应转速为288 r/min），检查空预器循环风机、磁力耦合器无异常后，逐渐调整磁力耦合器开度到60%（对应转速为576 r/min）。

根据机组负荷调整循环风机转速。负荷小于400 MW时，将磁力耦合器输出开度调至60%（对应转速为576 r/min）；负荷大于400 MW 低于500 MW 时，将磁力耦合器输出开度调至75%（对应转速为720 r/min）；负荷大于500 MW 时，将磁力耦合器输出开度调至85%（对应转速为816 r/min）。

投入循环风机转速自动控制，自动控制系统根据机组负荷及空预器差压调整循环风机转速，其控制逻辑为：①机组负荷为400 MW 以下时风机转速为576 r/min，当差压达到0.8 倍基准值时，每升高100 Pa风机转速升高50 r/min；②机组负荷为400～500 MW时风机转速为720 r/min，当差压达到0.9 倍时每升高100 Pa 风机转速升高50 r/min；③机组负荷为500～600 MW 时风机转速为816 r/min。

3.2 运行调整措施

空预器防堵灰系统运行调整措施主要包括减少脱硝入口NOx量、合理控制氧量、低氨逃逸等。

3.2.1 减少脱硝入口NOx量

根据机组负荷、磨煤机运行方式及煤量，及时对二次风挡板和燃烬风挡板进行调整，优化配风（优化一、二次风及燃烬风），控制脱硝入口NOx质量浓度在合适范围。

3.2.2 合理控制氧量

50%～75%负荷工况下，控制氧量在3.5%～6%之间；75%～100%负荷工况下，控制氧量在2%～3.5%之间；此外根据煤种及负荷波动情况进行微调，防止锅炉燃烧缺氧。空预器入口氧量不准时可参考脱硝入口氧量，如两侧氧量偏差大于2%时，及时将氧量降低，将侧备用磨煤机的二次风开至60%以上；如偏差仍无法降低，可将氧量较低侧的上下层燃烬风开大至60%，将氧量较高侧上下层燃烬风关小至20%。

3.2.3 降低氨逃逸

将脱硝出口NOx量控制在排放标准值的70%～80%，不应长时间将脱硝出口NOx量控制为较低，防止喷氨过量。

3.3 防堵灰系统运行维护

空预器防堵灰系统投运后，注意加强对空预器电流的监视。空预器电流超过15 A，每5～10 min 降低循环风机转速100～200 r/min。观察空预器电流变化，循环风机转速降至440 r/min，空预器电流无下降趋势或空预器电流超过20 A，停运循环风机。

投入空预器在线水冲洗期间，应停运对应侧空预器循环风机，冲洗完毕再启动循环风机。检查空预器循环风机轴承冷却水投入正常，冷却水压力大于0.35 MPa，水温低于35 ℃。

空预器循环风机轴承温度小于70 ℃、大于70 ℃时报警，大于90 ℃时风机跳闸。空预器循环风机电机轴承温度小于70 ℃、大于70 ℃时报警，大于95 ℃时风机跳闸。空预器循环风机轴承振动小于5.6 mm/s、大于5.6 mm/s 时报警，大于11 mm/s 时手动停运风机。空预器循环风机轴承箱油位在高、低油位线限值之间，正常油位在油窗中心线上方。空预器循环风机磁力耦合器永磁磁盘温度小于135 ℃、大于150 ℃时报警，风机跳闸。检查空预器循环风机转速与磁力耦合器开度符合对应关系，偏差不超过100 r/min。检查空预器防堵灰系统风道无漏风。

4 空预器防堵灰改造后效果分析

在机组额定负荷下，改造前2 台空气预热器的烟气差压约为3.2 kPa，改造后相同负荷下空气预热器的烟气差压基本维持在1.2 kPa 左右。这充分说明改造后空预器差压明显降低，同时显著降低了空预器的烟气阻力。

经过一段时期的运行，空预器堵灰情况与改造前相比显著减轻，改造后取得了较好的效益。通过改造，减少了引风机的电耗，降低了排烟温度，提高了锅炉效率，电厂通过空预器防堵灰改造取得了良好的经济效益。