1000MW锅炉低温省煤器堵塞原因分析及处理措施

1000MW锅炉低温省煤器堵塞原因分析及处理措施

韩飙  

陕西清水川能源股份有限公司    陕西省榆林市  719400

摘要：文章针对1000MW锅炉低温省煤器堵塞这一常见问题，通过结合案例分析设备装置参数发现，堵塞现象出现的主要原因在于飞灰、硫酸铵、硫酸盐附着于低温省煤器管壁。明确原因后，通过加装变压器、延长二次风暖风器投入时间、降低SCR脱硝装置氨逃逸率等措施解决问题，结果发现措施方案行之有效，能够恢复低温省煤器的运行状态并降低堵塞概率。

关键词：大型锅炉；低温省煤器；飞灰；堵塞故障

引言

随着双碳、碳中和等战略目标的提出以及国家能源结构的调整，新能源应用占比的提高对传统能源使用效益提出更高要求，尤其在节能环保方面。低温省煤器作为一种降低烟气温度、提高能源利用率的设备，可实现热量转化、利用，减少煤炭消耗，提高锅炉机组效率。然而在实际运行过程中，常出现省煤器堵塞问题，影响机组经济性。因此，为顺利实现节能降耗的生产目的，基于问题分析原因并落实相应处理措施是必要的。

1.基于1000MW锅炉分析低温省煤器堵塞原因

1.1原因一：飞灰堵塞

以某热电厂为例，经定期监测数据发现，锅炉烟气风量和省煤器出口烟气温度分别处于下降和上升状态，且经检修发现，支撑梁上存在较多飞灰，初步判断低温省煤器出现堵塞问题。由于考虑到ABS黏性积灰等影响，技术人员借助ANSYS FLUENT软件模拟研究H型翅片管省煤器。

截取支持板一侧的底部7排炉管区域进行建模，H型翅片管采用非结构化双管，其参数为：管径40mm、翅片厚度3mm、翅片间隙7mm、横管节距80mm、翅片高度88mm、翅片轴向间距18mm。确保建模参数与实际结构一致后，采用Nu数开展网格独立性验证确定网格数，基于495~530K温度区间模拟计算ABS黏结沉积，采用DPM模型跟踪飞灰颗粒，在忽略颗粒对流体作用的前提下，运用SIMPLE算法对压力和速度方程进行处理、求取，验证堵塞原因是飞灰沉积。

通过对烟气流动状态进行观察分析发现，支撑梁的存在带来了烟气滞留区，影响了飞灰颗粒运动速度，导致绕梁运动现象的出现，而且，伴随回流、涡流情况，一旦周围温度降低，将加剧飞灰颗粒在支撑板附近的黏性增长。外加当前翅片结构阻碍了飞灰颗粒运动，飞灰颗粒横向移动能力减弱。

1.2原因二：硫酸盐类化合物堵塞

以某电厂1000MW锅炉的低温省煤器为例，锅炉采用П型布置，属于单炉膛，一次中间再热，技术功能有低氮氧化物燃烧功能、反向双切圆燃烧功能以及高位燃尽风分级燃烧功能。低温省煤器位于锅炉机组引风机出口至脱硫塔入口的水平烟道处，日常生产期间，利用余热对凝结水加热，提高热量利用率的同时降低排烟温度。机组共配备两台省煤器，投运六个月后，发现省煤器烟气侧进出口差压超过初始参数，引风机出力、全压处于上升状态，迫近全压力最高值。同时，发现低温省煤器堵塞后，引风机电耗增加，机组经济性大大降低。

经现场观察与检修发现，省煤器观壁上附着大量硫酸盐类化合物，对比分析环保要求（30~35mg/Nm3），氨逃逸率高于日常水平，在烟气温度降低的作用机理下，此类物质受温度影响粘结在管壁并凝固，并吸附一定量的烟气粉尘，进而导致省煤器快速堵塞。除此之外，省煤器为低温类型，其进水温度相对较低，在该情况下，经过的硫酸蒸汽将带着烟气飞灰被凝结，在化学反应作用下，形成的硫酸盐具有一定粘结性。结合电厂所在地区的昼夜温差，以及为避免空预器堵塞采取的持续化运作空预器吹灰装置，给低温粘结灰的形成提供条件，在日后生产过程中，低温粘结灰还会继续对飞灰粒子进行捕捉，受热面积灰不断加剧。

2.探究1000MW锅炉低温省煤器堵塞处理措施

2.1基于飞灰堵塞的处理措施

对于飞灰沉积造成的低温省煤器堵塞问题，经上述原因分析，处理措施应以结构优化为主，具体优化路径如下：

针对H型翅片对飞灰颗粒的影响，该电热厂提出减少炉管支撑梁上方H型翅片，为烟气横向流动提供通道，以此实现对支撑梁上沉积量的有效减少。优化方案为：省煤器最低层炉管无翅片，从下至上的第二层设置无翅片三角形区域，以支撑板为轴线对称布置，并根据飞灰颗粒粒径调节支撑板左侧无翅片三角形区域的宽度和倾斜角[1]。由于该案例工程的飞灰颗粒多数在40μm以上，因此支撑板左侧无翅片三角形区域的宽度可与支撑梁上表面宽度保持一致，并将倾斜角设置为70°，进而在减少低温省煤器堵塞现象的同时，确保换热性能受到的影响在合理范围之内，满足日常生产需求。

2.2基于硫酸盐类化合物堵塞的处理措施

在该问题案例中，低温省煤器堵塞问题的处理措施以装置加装为主，具体措施可总结如下：

2.2.1加装变频装置

为保证低温省煤器的入口温度顺利达到工艺设计参数，相关技术人员可在机组运行过程中融入变频技术，比如在省煤器升压泵行加装变频装置，改变以往启动、停止升压泵才能控制省煤器出口烟气温度的模式，优化控制效果。通过应用变频装置，可在不停止升压泵的前提下，根据生产要求、环境温度等实际情况对升压泵频率进行灵活、准确控制，进而调节低温省煤器出口烟温、低温省煤器入口水温，确保其相关参数满足设计要求。

2.2.2基于SCR脱硝装置的氨逃逸率优化

为从根本上减少硫酸盐类化合物、硫酸氢铵化合物的形成量，还应注重SCR脱硝装置氨逃逸率的控制，以此减少氨气与三氧化硫的化学反应。具体措施有：（1）由于该问题案例锅炉机组技术功能丰富，所以相关技术人员可借助现有的高温燃尽风分级饶绍技术、低氮氧化物主燃烧器，对装置入口氮氧化物浓度进行控制，最高不得在350mg/Nm3以上，以此避免大量喷氨量的出现，实现氨逃逸率的有效降低。（2）控制烟气温度。当烟气温度较低时，催化剂活性将保持较低状态，这将降低该装置的脱硝效率，在该情况下，喷氨量增大，氨逃逸率持高不下。针对这一现象，相关技术人员可在锅炉机组运行过程中，要求相关操作人员注意观察负荷状态，一旦机组处于低负荷状态时，应立刻对脱销烟气旁路挡板进行调节，使入口烟气温度在330℃之上，进而确保脱销效率满足要求，减少喷氨量。（3）为避免飞灰沉积在催化剂上，电厂还可以选择不间断投运SCR脱硝装置声波吹灰器，为催化剂性能提供保障，提高脱硝效率[2]。

2.2.3增加蒸汽吹灰次数

为避免飞灰等粘结的化合物堵塞省煤器，该电厂还可以增加低温省煤器吹灰装置，借助该装置增加蒸汽吹灰次数。具体而言，在锅炉机组投运之后，该电厂只设计落实了声波吹灰设置，但其作用不大，尤其在面对硫酸盐类化合物时，由于此类化合物较为坚硬，声波难以将其顺利吹下。针对这一情况，该电厂可在锅炉机组停止运行期间，选择蒸汽吹灰器，将其加装在低温省煤器上，蒸汽吹灰器汽源取自低温再热器出口,每周进行一次蒸汽吹灰。根据电厂生产需求与实际环境，吹灰前疏水温度不应低于350℃，压力设置在1.2MPa。在蒸汽吹灰的作用下，能够有效打断硫酸盐类化合物的形成与不断粘结，降低省煤器堵塞概率。需要注意的是，加装这一装置后，应注意堵塞现象的观察，根据实际情况及时增加蒸汽吹灰次数[3]。

2.2.4加装进汽调门

针对电厂所在地区昼夜温差大的情况，可将进汽调门加装在二次风暖器入口电动门后，以此提高内部温度，优化排烟温度控制，确保出口烟气温度在100℃以上。

3结论

低温省煤器作为锅炉机组节能降耗的重要保障，针对其常见的堵塞问题，应做好现场观察与检修分析，正确把握问题发生原因，以此为基础落实相应的结构优化与装置加装工作，灵活运用处理措施。

参考文献：

[1] 吴寿贵,李强,郭学敏. 某超超临界1000 MW机组锅炉满负荷瞬间灭火原因分析及处理[J]. 热力发电,2021,50(9):173-178.

[2] 付双成,曹港,陈强飞,等. 低温省煤器飞灰沉积阻塞机理分析及结构优化[J]. 化工进展,2022,41(8):4035-4046.

[3] 薛志恒,陈会勇,何欣欣,等. 低温省煤器及含低温省煤器汽轮机性能试验修正计算方法研究[J]. 热力发电,2021,50(2):89-96.