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锅炉空气预热器防堵改造可行性研究

  锅炉空预器运行中,氨逃逸量大和冷端温度较低导致蓄热元件硫酸氢铵沉积堵灰,烟气侧阻力随运行时间延长持续升高问题,严重影响到机组的运行安全经济性,并且该问题通过停炉检修空预器无法解决。采用“燃烧系统优化改造+SCR氨喷射系统改造+新增空预器热风清洗防堵系统”的综合治理方案,即先通过燃烧优化降低炉膛出口NOx浓度,整体降低喷氨量,然后通过喷氨系统改造提高SCR系统运行效率降低氨逃逸,最后通过新增的空预器热风清洗装置,将蓄热元件上生成的硫酸氰胺及时清除。通过从烟气流程这三个方面进行综合治理,达到空预器防堵的目标。

  锅炉型号为DG1025/18.3-II5,锅炉型式为亚临界压力、一次中间再热、自然循环、单炉膛、全悬吊露天布置;平衡通风,尾部双烟道,燃煤汽包炉;四角切圆燃烧、挡板调温,1995年12月投入运行。锅炉单台炉配有两台三分仓、立式布置受热面回转式空气预热器。空气预热器布置在省煤器灰斗下方,烟气和空气以逆流方式换热。为配合脱硝改造,锅炉分别进行了脱硝空预器改造,更换了全部的蓄热元件,调整了转子结构。改造后空气预热器冷、热端均装设蒸汽吹灰器。锅炉空预器在运行中频繁发生堵灰现象,影响机组正常运行和带负荷,为了防止空预器持续发生堵塞,对空气预热器及相关系统进行防堵改造。

  现阶段锅炉空预器烟气侧阻力在起炉后的一段时间内均呈现逐渐升高的态势,并且在330MW负荷下最高达到2800Pa,比设计值高1800Pa左右。停炉检查空预器换热元件发现,空预器冷端换热元件在一定高度上发生了硫酸氢铵堵灰现象,灰垢与换热元件表面结合紧密,且无法在热态运行中通过吹灰除去,只能在停炉时采用冲洗的方式暂时解决。然而空预器在停炉冲洗之后起炉运行一段时间后阻力再次升高,说明停炉冲洗的处置方式也仅仅能除去之前堵塞的灰垢,本项目中硫酸氢铵造成空预器换热元件堵塞的问题无法通过检修冲洗换热元件的方式彻底解决。

  空预器发生堵灰,一方面严重影响锅炉风烟系统安全运行,并造成风机设备耗电量增加,另一方面也影响了空预器回收排烟热能的效率,而且由于空预器风烟侧的阻力增大,一次风、二次风和烟气分仓的差压增加,空预器的直接漏风量相对而言也有所增加。鉴于现阶段锅炉空预器存在因堵灰造成烟气侧阻力随运行时间延长持续升高的问题,且已经严重影响到了机组的运行安全经济性,考虑到该问题在机组停炉检修冲洗换热元件后仍然反复发生,因此对锅炉实施空气预热器防堵改造,缓解空预器堵塞现象,降低空预器运行阻力势在必行。

  (2)充分考虑上游炉膛出口NOx排放、脱硝系统运行情况对空气预热器的影响,根据目前运行实际和入炉煤情况制定空预器防堵改造的针对性方案。

  (4)改造后空气预热器烟气侧阻力应不高于原设计值,并且机组长期连续运行期间不出现阻力升高和换热元件堵塞的现象。

  通过对空预器设备现状和运行边界条件的分析,锅炉空气预热器发生硫酸氢铵堵塞的一个原因是SCR脱硝系统整体和局部氨逃逸量高、喷氨均匀性差;另一个原因是空预器在冬季运行工况尤其在中、低负荷下存在冷端综合温度偏低的情况。在氨逃逸量大和冷端综合温度低这两个因素共同作用下,硫酸氢铵灰垢在空预器冷端换热元件上的沉积速度加快,超过了空预器吹灰系统清洁能力的上限,从而使得冷端换热元件堵灰由少到多,空预器烟气侧阻力在起炉后出现持续升高的现象。

  技术路线:燃烧系统优化改造+SCR 氨喷射系统改造+新增空预器热风清洗防堵系统,改造内容包括:

  (1)燃烧系统优化改造。通过调整一、二次风入射夹角,进一步延迟一、二次风混合,增加燃烧产物在还原区的有效停留时间,降低炉膛出口 NOx排放量,同样的烟囱出口排放指标下可降低脱硝效率设定值,有助于减轻脱硝系统喷氨压力。

  (2)SCR氨喷射系统改造。将现有涡流型AIG改造为格栅型AIG,增加喷氨分区数量,并使其具备沿反应器宽度及深度方向上精细化喷氨调节功能。通过氨喷射系统改造和优化调整,提高催化剂入口NH3/NOx分布的均匀性,降低局部氨逃逸浓度。

  (3)新增空预器热风清洗防堵系统。在空预器冷端二次风靠近一次风侧新增一个清洗分仓,利用一二次风差压将空预器出口的部分热一次风引入清洗分仓内,提高清洗分仓内的温度使液态硫酸氢氨受热蒸发,达到清洁冷端换热元件防堵的目的。如图1所示为空预器热风清洗防堵系统示意图。

  (1)通过形成一个较小的独立清洗分仓,集中处理发生堵灰的换热元件,可以避免对空预器整体运行造成太大的影响;

  (2)通过扇形板的合理切割构成小分仓,只需要新增加一段热风管路,系统比较简单;

  (3)热风清洗防堵系统投运方式灵活,通过增加冷二次风旁路能够自由切换到改造前的运行方式,不造成受热面的闲置。新增空预器热风清洗防堵系统后,因清洗分仓内换热元件温度提高,空预器总体的换热量略有减少,空预器出口排烟温度约升高3℃左右。

  在冬季中低负荷运行工况下,排烟温度升高的3℃ 可以被 MGGH 系统利用来再热烟气,这样凝结水加热器可以回收部分热量,有利于降低汽机热耗。仅仅从新增空预器热风清洗防堵系统的运行效果来说,不考虑防堵改造后风机电耗减少,它对机组的运行经济性影响整体较小。

  改造方案较好地结合了锅炉空气预热器的实际运行条件和设备状况,通过燃烧系统优化能够从源头减少脱硝系统运行压力;将涡流型 AIG 改造为格栅型 AIG 能够实现反应器宽度及深度方向上精细化喷氨调节功能,避免局部氨逃逸超标;采用热风清洗防堵系统能够较好地适应回转式空预器冷端温度周向分布存在低温区域的特征,通过循环系统的热一次风流量可以控制在较低的比例,避免了采用其他升温方式下空预器出口烟温整体大幅上升。路线对应的方案对原系统的设备改动相对较小,新增的系统组成也比较简单,基本没有日常运行费用,但是由于存在清洗分仓用于加热冷端换热元件,空预器出口烟温有小幅度(3℃左右)的上升。

  改造后空预器在冬季中低负荷运行工况下,空预器换热元件进入清洗分仓后温度上升硫酸氢铵被加热分解,同时上游脱硝装置各个位置氨逃逸量控制在合理范围内,将大大减缓硫酸氢铵灰垢在空冷端换热元件表面的粘附速率,吹灰系统正常投入使用即可保证空预器长期稳定运行。优化后的格栅式SCR氨喷射系统示意图如图2所示,新增的空预器热风清洗防堵系统简化布置图如图3所示。

  (1)原燃烧系统二次风喷口改造,一次风喷口和喷筒更换,进行燃烧系统优化调整;

  (3)从热一次风出口到热二次风入口布置热风循环风管,对冷热风道过渡段进行相应的改造,安装膨胀节、支吊架、弯头等;

  (4)在空预器冷端二次风侧进行隔离桁架改造、隔离扇形板改造、隔离弧形板改造,形成独立的清洗分仓;

  (5)循环风回路安装热风插板门和调节挡板,循环风管入口和出口布置温度、压力测点;

  (6)新增冷端热风喷口,同时新增一路二次风进口到热风喷口的直通管道,用于在停用系统时切换回正常通冷风状态;

  鉴于现阶段锅炉空预器在现有运行条件下,因氨逃逸量较高和冷端温度偏低导致了硫酸氢铵堵灰,烟气侧阻力随运行时间延长持续升高问题,严重影响到了机组的运行安全经济性,并且该问题通过停炉检修空预器无法解决。按照确保防堵效果和避免机组运行经济性降低的原则综合考虑,推荐本次锅炉空气预热器防堵改造采用改造方案为“燃烧系统优化改造+SCR氨喷射系统改造+新增空预器热风清洗防堵系统”实施。

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