江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司 劉海峰 謝興運 黃敏智

江蘇某發(fā)電廠的2×660MW 鍋爐是上海鍋爐廠有限公司設計的660MW 超超臨界壓力直流鍋爐。鍋爐單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、Π 型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。爐后尾部布置兩臺轉(zhuǎn)子直徑為16370mm 的三分倉容克式空氣預熱器?？諝忸A熱器采用垂直軸三分倉（一次風、二次風和煙氣側(cè)）布置，是一種以逆流方式運行的再生式熱交換器，煙氣自上而下流動，空氣自下而上，通過傳熱片吸收熱量而得到預熱，實現(xiàn)煙氣與空氣的熱交換。

1號機組在執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度經(jīng)過深度調(diào)峰后，出現(xiàn)了爐膛負壓、一次風壓和1B 空預器差壓波動異常：爐膛負壓在±500Pa、一次風壓在5.6～7.8kPa、1B空預器差壓在0.6～1.1kPa 范圍內(nèi)波動，對鍋爐的安全運行和運行控制安全帶來了隱患?；鹆Πl(fā)電中加裝脫硫脫硝裝置成為趨勢，但火電廠加裝SCR 脫硝裝置后易出現(xiàn)空氣預熱器腐蝕和堵灰問題，導致爐膛負壓、一次風壓和空預器差壓波動異常，鍋爐不安全穩(wěn)定系數(shù)增大。因此空預器在線高壓水沖洗在保障機組安全穩(wěn)定運行是很有必要的。

1 空預器蓄熱元件在線水沖洗方案及沖洗效果

基于其他電廠的脫硝氨逃逸控制、空預器硫酸氫銨運行熱解和在線沖洗施工等方案，在技術(shù)專業(yè)人員多方思考，確定采用空預器熱態(tài)蓄熱元件在線水沖洗方案。

在空預器吹灰平臺外一側(cè)搭設操作平臺腳手架，做一個12×0.25m 長方形軌道用于架設高壓水槍的四輪式?jīng)_洗車及拉桿，拉桿長度為8米。把軌道和沖洗車放到操作平臺上，在空預器煙氣側(cè)冷端殼體傳熱元件下方位置割孔，孔洞在冷端吹灰器左下方1m位置，孔洞尺寸為300×400mm。軌道安裝后，操作人員要把高壓水槍及拉桿固定在軌道中的沖洗車上，再把軌道后方用手導鏈固定到外邊鋼梁上，利用開孔的底部為支點，然后將軌道慢慢推入空預器本體距離中心筒約0.3米。推軌道的同時，要用導鏈把軌道拉緊，防止軌道前傾，導致軌道不平衡，軌道到位后，外部用槽鋼將軌道焊接固定在鋼梁上。

軌道架設完畢后，作業(yè)人員開始清洗時要從預熱器換熱元件靠中心處逐步往外進行沖洗，高壓水槍噴嘴為垂直往上90度；沖洗時要根據(jù)空預器轉(zhuǎn)速和高壓水槍的穿透力來控制沖洗時間和沖洗跑車拉動距離，沖洗時由里往外步退每次5cm，最內(nèi)側(cè)點停留時間初始為5分鐘，每往外步退15次，增加5分鐘沖洗時間，并觀察沖洗后壓差變化，適當調(diào)整各部的沖洗時間。沖洗車垂直往上仰洗，把冷端、熱端附著垢質(zhì)進行清除、疏通；堵塞的灰垢經(jīng)高壓水穿透水隨煙氣蒸發(fā)，從而使冷端、熱端完全疏通，清除空預器內(nèi)板間夾雜的垢物，達到清洗目的，如經(jīng)過一次沖洗未能將空預器差壓降低至1400Pa 以下，應進行多次沖洗，待空預器阻力不再持續(xù)下降時，停止沖洗。

水源采用#2爐磨煤機零米雜用水，沖洗時水流量為40～60L/min（通過高壓柱塞泵擠壓后所產(chǎn)生的熱度為60～70℃，無需再進行沖洗水加熱），現(xiàn)場照明電源設施應充足。在線清洗時，空預器排煙溫度不低于110℃，低于105℃停止沖洗，沖洗水由高溫煙氣蒸發(fā)，不另外設置排污系統(tǒng)。沖洗過程安排專人與運行聯(lián)系，一旦接到運行停止沖洗指令，立即停止沖洗；并在接到運行可以恢復沖洗指令后，方可再進行沖洗。

對1號機組空預器進行在線水沖洗。沖洗過程中，開始階段爐膛負壓波動幅度較未沖洗時明顯減小，在線沖洗對降低鍋爐爐膛壓力明顯。隨著1號空預器在線沖洗時間的延長，爐膛負壓波動基本無較大變化，此時波動基本均恢復至正常范圍。這主要由于空預器蓄熱元件上堵塞物在初始沖洗階段較容易沖刷掉，煙氣與一二次風流通通暢，爐膛負壓波動幅度明顯減小。隨著在線沖洗的深入，剩余的蓄熱元件堵塞物量已不多，爐膛壓力波動恢復正常，無明顯變化。在3月10日前后空預器壓差波動劇烈，隨著空預器蓄熱元件在線沖洗，空預器差壓波動范圍0.6～0.8kPa，較沖洗前波動幅度明顯減小。一次風母管壓力變化趨勢如圖1所示，通過一次風母管壓力曲線可以看出沖洗效果較為明顯，一次風母管壓力波動范圍6.6～7.6kPa，比沖洗前波動幅度減小。

綜上，通過空預器蓄熱元件在線水沖洗，爐膛負壓、一次風壓和空預器差壓波動異常等問題得到了有效控制，使機組恢復正常運行，保障了各個設備的安全穩(wěn)定工作。

2 故障原因分析

2020年年初至今，機組經(jīng)過多次深度調(diào)峰，對機組安全穩(wěn)定運行造成了深遠影響。在深度調(diào)峰期間，機組負荷保持在40%左右，其中煙速比平常運行時偏低，比較容易讓煙氣灰塵在空預器蓄熱元件上沉積，蓄熱元件積灰板結(jié)，使之空預器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預器進出口的壓差波動增大，空氣預熱器漏風率增大的風險急劇增加。

漏風率[1]的大小對鍋爐運行的經(jīng)濟性有很大影響?？疹A器的漏風使得空氣直接進入煙道有引增風機抽走，使得送、引、一次風機耗電量增大。同時，漏風使得煙氣排煙過剩，空氣系數(shù)增大，進一步增加排煙熱損失，使得鍋爐熱效率降低。若漏風嚴重，會使送入爐膛的風量不足，導致鍋爐的機械未完全燃燒熱損失和化學未完全燃燒熱損失增加，另外，由于供氧不足還會形成還原性氣氛，使灰渣熔點下降，引起爐膛結(jié)渣及高溫腐蝕，甚至限制鍋爐出力。

高硫煤是指含硫量大于3%的煤。含硫量小于1%的是低硫煤，含硫量1～3%的為中硫煤。摻燒的煤含硫率較高加上頻繁的深度調(diào)峰，煙氣中的硫分含量增多，導致SCR 里的催化劑再生后的性能異常下降。鍋爐爐膛煙氣的氮氧化合物參與的化學反應，主要化學反應式為：6NO+4NH3=5N2+6H2O、8NH3+6NO2=7N2+12H2O。

深度調(diào)峰負荷低，煙氣溫度偏低，氨與氮氧化合物的反應不完全，煙氣中單位氮氧化合物含量易超出環(huán)保標準。為了使氮氧化合物反應完全，電廠一般設置使噴氨量超出反應的量，且由于煙溫低，造成一定量的氨逃逸。這樣硫化物和氨隨煙氣進入空預器，在蓄熱元件上進行反應，化學反應式為：2NH3+SO2+H2O=(NH4)2SO3+NH3·2H2O、(NH4)2SO3+NH3·2H2O=(NH4)HSO4+H2O、SO3+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+H2O。

硫酸氫銨和亞硫酸銨等易溶于水，對鋼鐵等物質(zhì)有強烈的腐蝕性，這對空預器設備的安全及壽命有著很大的影響。二次熱風再循環(huán)提供的冷風溫度低，空預器冷端綜合溫度低，這也為氨與硫化物反應生成硫酸氫銨和亞硫酸銨創(chuàng)造了條件。空預器進口溫度在320℃左右，出口溫度在120℃。楊建國研究發(fā)現(xiàn)[2]，硫酸氫銨的開始生成溫度為230～270℃，峰值溫度為180～240℃，硫酸銨開始生成溫度及峰值溫度總體上比硫酸氫銨低40℃左右。

硫酸氫銨的生成率明顯高于硫酸銨，根據(jù)NH3和SO3濃度與物質(zhì)的量比不同，煙溫到120℃時，硫酸氫銨的生成率為64%～90%，硫酸銨的生成率為6%～15%，硫酸氫銨的生成率為硫酸銨的6～10倍。反應物濃度的增加會促進硫酸氫銨和硫酸銨的生成，且SO3較NH3更有利于硫酸氫銨的生成。硫酸氫銨和硫酸銨生成份額隨溫度的變化呈單峰狀，且隨著反應物濃度的增加，其峰值所在的溫度區(qū)間逐漸升高，這造成空預器蓄熱元件易硫酸氫銨沉積。由于空預器較長時間的運行造成蓄熱元件局部受損粗糙度增加，這些影響也使得蓄熱元件積灰板結(jié)，使之空預器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預器進出口的壓差波動增大。

由于煙氣灰塵沉積、硫酸氫銨和亞硫酸銨的生成及分布不均勻、空預器較長時間的運行造成蓄熱元件局部受損粗糙度增加，導致蓄熱元件積灰板結(jié)，板面增厚，空預器的通流面積減小及換熱效果減弱，造成空預器進出口的壓差波動增大?？疹A器進出口壓差波動增大，增大了空預器的漏風率，空氣側(cè)的一部分一二次風進入煙氣側(cè)。單位時間內(nèi)進入爐膛的二次風和流經(jīng)一次風母管的空氣量減少，造成爐膛和一次風母管壓力劇烈波動。

綜上，空預器蓄熱元件在線水沖洗效果明顯，爐膛負壓、一次風壓和空預器差壓波動異常等問題得到了有效控制，使機組恢復正常運行，保障了各個設備的安全穩(wěn)定工作。通過研究分析得到，深度調(diào)峰負荷低、噴氨不均、催化劑再生后的性能異常下降、燃煤硫分增加、蓄熱元件局部受損粗糙度增加、二次熱風再循環(huán)提供的冷風溫度低是造成此次故障的主要原因。