300 MW机组MGGH低低温省煤器换热元件综合优化及应用

1MGGH概况

2016年,出于火电厂大气污染物超低排放及节能减排需要,某电厂二期#3/#4机组进行了MGGH和低低温省煤器改造,将低低温省煤器设置在锅炉空预器与电除尘器之间,在降低锅炉排烟温度的同时提高了余热利用效率及机组运行经济性^[1],并能有效控制排烟“白羽”现象,对于厦门旅游城市的烟囱消白具有重要意义。但在超低排放运行形势下,往往由于 ScR脱硝喷氨、煤质和污泥掺烧以及低低温省煤器底部积灰等原因,硫酸氢铵(NH4HS04)污堵、腐蚀泄漏等问题突显,从而造成低低温省煤器阻力大、换热面腐蚀严重、换热面泄漏等问题时有发生,低低温省煤器被迫隔离,脱硫塔入口烟温上升,影响了低低温省煤器的安全运行,有效余热利用效率极大降低,为了烟囱消白不得不投入烟气MGGH蒸汽辅助加热器,降低了机组运行经济性。

某电厂3号机组锅炉由上海锅炉厂设计制造,为亚临界参数、中间再热、控制循环、平衡通风、冷态排渣汽包炉。3号机组MGGH原烟冷器,单个钢架设计承重180t,单个钢架顶面尺寸为5 120mm×5 070mm,低低温省煤器侧烟道接口为3 600 mm×5100 mm×6 mm,除尘器侧烟道接口为3 200 mm×3 200 mm×6mm。原烟气冷却器是将锅炉排烟温度自130.0℃降低到90.0℃。针对火电厂3号机组MGGH低低温省煤器积灰、腐蚀、泄漏等风险,通过开展MGGH低低温省煤器换热元件综合优化策略研究,在保证MGGH 换热效率和烟囱消白的前提下,有效防范低低温省煤器积灰、腐蚀、泄漏风险,实现MGGH的安全运行与节能环保。改造后保证锅炉排烟温度能从140.0℃降低到(100.0±5.0)℃ ,同时满足设计工况下换热器换热能力不小于40℃,且烟冷器进口烟温超过160.0℃时MGGH烟冷器降温幅度不小于30.0℃的要求;热媒水换热后保证后端烟气再热器烟温从25.0℃加热到60.0℃以上要求,再热器升温能力不低于35℃,从而保证吸收塔尾部烟道及烟囱的运行安全,且不发生烟囱冒白烟现象。

2 MGGH低低温省煤器换热元件综合优化研究

2.1 烟气冷却器材料选择及可靠性分析

经模拟计算,当烟气冷却器酸露点为96.5℃时,烟气温度会降低至酸露点以下,因此为了防低温腐蚀,烟气冷却器模块换热管的材质应选用316L+ND 钢,同时考虑烟道底部易积灰板结,烟气冷却器从高度方向上可以分为4个模块,下部2个模块采用316L,上部2个模块采用ND钢,ND钢(09CrCuSb)和316L材质具有良好的耐高温性能。同时,MGGH系统采用热媒水为换热介质,在每个烟道的烟气冷却器出口汇集箱均设置有安全阀,可保证MGGH系统在施工状态385℃条件下运行5 miN不超压、无损坏。

烟冷器换热模块采用H型翅片管,基管壁厚选择4 mm。当烟冷器进口水温不低于70℃时,可有效降低低温腐蚀的影响;换热管的年腐蚀速率≤0.1mm,使用寿命≥10年,腐蚀裕量≥2mm,具有很高的稳定性和可靠性。考虑到烟气的低温腐蚀,烟气冷却器的壳体及与低温烟气接触的部件采用耐腐蚀的材料制作(ND钢),壳体厚度不小于6 mm,壳体采用全焊接密封结构。

2.2烟气冷却器装置清洗方案

本项目采用的烟气冷却器会在烟道底部设置相应的排灰口(排水口),排灰口预留法兰接口,停机检修时,可从排灰口处将烟道内的积灰清理走。如需对烟气冷却器进行冲洗或清扫,可通过此排灰口将冲洗水排至允许区域(可通过接消防水管的方式)。为防止冲洗水以及万一烟气冷却器出现泄漏的水流至下游电除尘器,在冷却器出口底部烟道设置挡水板。

2.3膨胀段密封方案

烟气冷却器在停机或机组运行时温度变化比较大,会产生热胀冷缩现象。为防止热胀冷缩对设备产生破坏,设计烟气冷却器结构时,集箱端的换热管满焊到支撑板的定位孔上,另一端换热管在支撑板的定位孔上热膨胀或冷收缩时可以轴向上 自 由滑动(图1)。同时,考虑到支撑板定位孔和换热管中间有缝隙会泄漏烟气,在缝隙处使用耐高温防水防腐蚀专用胶密封,同时在弯管处塞满保温棉,防止漏灰和积灰,并在支撑板外满焊壳体。

2.4 烟气冷却器防磨、防结灰措施

烟气冷却器受热面布置在电除尘器前的烟道,烟气中含灰量较大,长时间运行可能出现烟气冲刷导致的受热面磨损^[2],横向管排节距和纵向节距的选定结合了翅片的结构参数、烟气流量、烟气进出口温度、水侧参数、烟气阻力要求、烟气飞灰浓度和磨损特性。为防止飞灰磨损,保持合适的烟气阻力和飞灰自清洁能力,通过烟气流场和飞灰颗粒轨迹的数值模拟,结合大量的工程实践经验,利用传热特性、阻力特性,确定了烟气冷却器防磨、防结灰措施如下:1)模拟烟道内空气流场走向,防止在烟气通道内产生烟气冲刷或涡流引起受热面磨损,延长烟道受热面使用寿命。2)通过模拟计算获得烟道内最佳流速,不仅可以降低烟道受热面弯头及焊缝的磨损,还可以利用烟气冲刷受热面,确保实现受热面自清灰的 目的。3)换热管采用H型翅片管,其特点是阻力小,抗烟气飞灰冲刷。4)迎风面前设置合适的防磨假管。5)采用厚壁管设计,翅片管壁厚4 mm,有足够的防磨防腐裕量。6)采用声波吹灰器进行在线吹灰,避免蒸汽吹灰器因蒸汽冷凝积水而在吹灰时形成过度吹损的可能。7)在烟气冷却器前后安装烟气差压计,便于在线监测,及时了解受热面内的积灰和堵灰情况,从而采取相应措施。8)利用机组检修或临停的机会,检查换热器内部积灰情况,若有需要可以采取高压水冲洗的方式实现换热器清灰。在换热器底部设有离线冲洗水排放接口和挡水板,便于冲洗灰水的排出,防止灰水进入电除尘器。

2.5烟气冷却器烟温控制策略

由于季节、负荷和煤质变化等因素的影响,烟气冷却器的入口烟温会发生较大波动。当烟气冷却器出口烟温小于设定值时,增加烟气冷却器旁路调节阀开度,使通过烟气冷却器的热媒水量减小,最终实现烟气冷却器出口烟气温度的升高;当烟气冷却器出口烟气温度达到设定值时,烟气冷却器旁路调节阀保持当前开度并自动跟踪。在旁路调节阀全开时,如果烟气冷却器出口烟气温度仍小于设定值,此时减小烟气冷却器进口调节阀开度,并自动追踪^[3]。

当烟气冷却器出口烟温大于设定值时,减小烟气冷却器旁路调节阀开度,使通过烟气冷却器的热媒水量增大,最终实现烟气冷却器出口烟气温度的下降;当烟气冷却器出口烟温降到设定值时,烟气冷却器旁路调节阀保持当前开度并自动跟踪。如果旁路调节阀为全关状态时,烟气冷却器出口烟气温度仍大于设定值,此时增加烟气冷却器进口调节阀开度,并自动跟踪。

烟气冷却器按照烟气方向分为高温模块和低温模块,沿高度方向分为4层模块管组,高低温模块之间通过集箱进行连接,每层模块管组前后均设置有隔离阀,因此可以通过模块隔离阀的开启和关闭实现分组停投的功能。烟气冷却器每个烟道设置声波吹灰器,分别布置在烟道两侧及后侧斜面烟道钢板上。声波吹灰器通过高能声波的振动动能振松换热管上的积灰并使其脱落,灰尘由烟气携带吹走,以清除换热器的积灰;声波吹灰器利用压缩空气驱动吹灰器的膜片进行振动发声,无须疏水,具有吹灰效果好、无水蒸气冷凝的优点。

3 MGGH低低温省煤器换热元件综合优化项目实施

3.1 项目内容

1)进行现场运行数据分析挖掘及机组检修期间设备检查、取样分析,诊断评估设备运行存在的问题;

2)通过现场运行数据分析及机组检修期间设备检查,分析不同烟气成分导致低低温省煤器受热面磨损规律及防范措施;3)根据不同烟气条件下典型飞灰黏性变化特性及其在低低温省煤器受热面上粘污机理,分析污泥掺烧情况下对低低温省煤器积灰冲刷的影响和防范措施;4)充分挖掘分析锅炉在MGGH改造后的各种运行工况参数及MGGH低低温省煤器换热元件当前存在的问题,分析MGGH低低温省煤器磨损机理;5)根据上述分析结果,通过数据分析和现场运行优化跟踪评估,制定现场MGGH低低温省煤器优化运行策略,并进行现场跟踪测试与优化调整,制定MGGH低低温省煤器换热元件综合优化方案,项目实施后,通过相关性能试验进行应用验证。

3.2 项目性能试验

通过开展3号机组MGGH系统烟冷器改造后的性能检测,确保改造后机组、改造系统运行的安全稳定。性能验收试验的内容包含:1)设备电耗和工艺水消耗;2)降温段进出口烟气温度(每个烟道);3)升温段进出 口烟气温度(每个烟道);4)降温段烟气压损值(每个烟道);5)升温段烟气压损值(每个烟道);6)凝结水温度、流量,凝结水压损值;7)能耗评估;8)设备噪声;9)控制系统响应特性。

通过开展3号锅炉MGGH性能试验可知,100%额定负荷MGGH系统循环泵电流为177.7 A,循环泵电耗为109.5 KW;MGGH水耗量为18 Kg/h;循环泵噪声实测值为84.1 dB(A),背景噪声修正后为81.1 dB(A),循环泵噪声达到了不高于85.0 dB(A)的性能保证值要求。100%额定负荷工况下烟冷器入口烟温为154.7 ℃,烟冷器出口实测烟温为123.7 ℃,烟冷器温降为31 ℃ ;根据设备厂家提供的修正曲线修正计算后烟冷器出口烟温为96.1℃,达到了不高于100.0℃的性能保证值要求。

100% (T—01)、90% (T—02)、75% (T—03)和50%(T—04)额定负荷工况下烟冷器阻力分别为0.38、0.35、0.31、0.18 KPA,100%额定负荷工况下烟冷器阻力达到了不高于0.40 KPA的性能保证值要求。

100%、90%、75%和50%额定负荷工况下烟气再热器阻力分别为0.35、0.32、0.23、0.16 KPA,烟气再热器出口烟温分别为73.4、72.5、75.0、71.8℃(表1)。

4 结束语

本文综合火电总体要求,通过数据分析和现场运行优化,确定了MGGH低低温省煤器换热元件综合优化及实际运行策略,探究了烟气的典型飞灰黏性变化特性及其在低低温省煤器受热面上粘污机理,分析了污泥掺烧对低低温省煤器积灰的影响和防范措施,能有效指导MGGH低低温省煤器换热元件安全、高效、经济运行,减轻甚至消除MGGH低低温省煤器换热元件的积灰、腐蚀问题,达到提高余热利用效率、降低脱硫塔入口烟温、烟囱消白的 目的,对提高机组运行经济性具有重要意义,同时可为电力行业内锅炉MGGH低低温省煤器换热元件综合优化实践应用提供借鉴,具有极强的工程应用价值和前瞻性。

[参考文献]

[1]邓雯雯.低低温省煤器技术及其节能量计算[J].能源研究与利用,2019(3):45-48.

[2] 梁晓斌.350 MW机组工程烟气冷却器方案比较及应用[J].广西电力,2014,37(1):32-35.

[3]俞峰苹,李清毅,金军,等.燃煤发电厂烟气超低排放管式 GGH控制模式研究[J].浙江电力,2015,34(9):62-65.

2024年第21期17篇