空预器积灰机理分析及在线清洗技术研究

空预器积灰机理分析及在线清洗技术研究

高健

江苏华电句容发电有限公司  江苏省句容市212499

摘要：火电厂作为电力生产的主要方式之一，其运行效率和安全性直接关系到国家能源供应的稳定性和可靠性。在火电厂的众多设备中，空气预热器（简称空预器）作为锅炉辅助设备，对于提高锅炉热效率、降低燃料消耗具有至关重要的作用。然而，随着运行时间的增加，空预器内部会逐渐积聚大量的灰尘和颗粒物，导致堵塞现象的发生，这不仅严重影响了发电效率和运行安全，还增加了设备的维护成本和环境污染风险。因此，对火电厂空预器积灰机理进行深入分析，并研究有效的在线清洗技术，对于保障火电厂的正常运行、提高经济效益和环保水平具有重要意义。

关键词：火电厂 空预器 积灰机理 在线清洗技术

一、火电厂空预器概述

空气预热器是布置在锅炉尾部烟道上的一种热交换器，它利用锅炉排烟的余热将进入锅炉前的空气预热到一定温度。这一过程不仅提高了锅炉的燃烧效率，还减少了排烟损失，从而实现了节能减排的目标。空气预热器根据其结构和工作原理的不同，主要可以分板式空气预热器、管式空气预热器、回转式空气预热器。

以回转式空气预热器为例，当锅炉运行时，尾部烟道中的高温烟气进入空预器的烟气侧，经过受热面时，烟气中的热量被传递给受热面。随后，受热面随着转子的旋转进入空气侧，此时预热后的受热面将热量传递给进入锅炉前的冷空气，使其预热到一定温度。预热后的空气进入锅炉参与燃烧，而冷却后的烟气则通过烟道排出。空气预热器在火电厂锅炉系统中可以提高锅炉热效率、降低排烟温度、节约燃料、强化辐射传热。

二、空预器积灰机理分析

空预器内的积灰主要由煤粉颗粒物、飞灰、腐蚀性物质（如硫酸蒸汽、硫酸氢铵等）以及水蒸气凝结物等组成。这些成分在烟气和空气通过空预器时，由于温度、湿度、化学反应等多种因素的影响，逐渐沉积在空预器的受热面上。

飞灰和煤粉颗粒物在烟气和空气流动过程中，由于惯性、扩散、热泳力等作用，会沉积在空预器的受热面上。这种沉积作用在烟温较高、管子壁温高于烟气酸露点的区域尤为明显，形成松散性积灰。当烟气中的二氧化硫（SO₂）在燃烧过程中部分氧化成三氧化硫（SO₃），并与水蒸气结合形成硫酸蒸汽时，硫酸蒸汽在温度较低的受热面上凝结，形成酸性凝结物。这些酸性凝结物一方面会溶解管壁上的氧化膜和金属，另一方面会捕捉飞灰颗粒并与其中的某些成分发生化学反应，生成酸性粘结灰。硫酸的这些作用使得积灰层的毛细管力增大，积灰层之间及积灰层与受热面表面之间的粘附强度明显提高，从而加速积灰的形成。低温腐蚀是空预器积灰的重要促进因素。当受热面金属壁温低于烟气中的酸露点温度时，硫酸蒸汽会在管壁上凝结并产生腐蚀作用。腐蚀产生的金属氧化物和硫酸盐等产物会进一步促进积灰的形成和沉积。

燃料中的硫分在燃烧后会产生二氧化硫和三氧化硫，进而影响硫酸蒸汽的生成和积灰的形成。锅炉的负荷变化、过剩空气量、排烟温度等运行工况对积灰的形成有显著影响。低负荷运行和排烟温度过低都会加剧积灰的形成。空预器的结构布置、传热方式等也会影响积灰的形成。例如，卧置管式空气预热器相比立式预热器能提高壁温，减少低温腐蚀和积灰的可能性。积灰会增加空预器的热阻，降低其换热效率，影响锅炉的整体热效率。积灰会堵塞空预器的烟气通道和空气通道，增加烟气流动阻力和风机耗电量。积灰中的酸性物质会加剧空预器的腐蚀，导致管子泄漏和漏风问题。

四、在线清洗技术研究

在线清洗技术是指在火电厂锅炉不停炉的情况下，对空预器进行清洗的技术。这种技术能够减少因停炉清洗而造成的经济损失和安全隐患，提高锅炉的利用率和运行效率。不同火电厂的空预器积灰情况可能有所不同，因此需要根据实际情况选择合适的清洗技术。确保清洗设备的正常运行和清洗效果，定期对清洗设备进行检查和维护。通过控制燃烧温度、减少硫分和水分的含量等措施，降低灰垢的形成速度。

1、机械清洗技术

通过机械装置对空预器进行清洗，常用的方法包括高压水射流清洗和旋转铜丝刷清洗。利用高压水流的冲击力冲刷灰尘，清洗效果较好，但需注意控制水流力度和角度，避免对设备造成损害。通过高速旋转的铜丝刷去除硬质颗粒物，适用于清除较为顽固的积灰。现代机械式在线清灰装置多具备远程自动控制功能，如锯震式清灰装置，能够自动调整清灰时间和频率，实现智能化管理。

2、化学清洗技术

使用化学清洗剂对空预器进行清洗，清洗剂能有效溶解和分解沉积在空预器内部的颗粒物和腐蚀物。清洗效果深入，但操作时需要谨慎，避免对设备造成腐蚀和损害。同时，需选择合适的化学药剂并控制好药剂的使用量。

3、超声波清洗技术

利用超声波的机械作用破碎、剥离和颗粒化灰尘，通过超声波在空预器内部形成的微小气泡瞬间破裂产生的物理冲击力将附着在空预器内部的颗粒物剥离。清洗效果显著，能够清除一些难以清洗的区域和硬邦邦附着物。

4、在线高压水冲洗技术

利用高压水流在线冲洗空预器，同时设计灰垢排放系统以确保灰垢被彻底排放。清洗效果好，对电厂发电负荷无影响，且未发现对电除尘器正常工作有影响。

五、存在的问题及解决方案

1、清洗效果不稳定

原因：清洗效果受多种因素影响，如积灰成分、设备状态、清洗参数等。不同火电厂的空预器积灰情况差异大，难以制定统一的清洗标准。

解决方案：加强积灰成分分析，根据积灰特性选择合适的清洗剂和清洗方式。同时，优化清洗参数，如清洗时间、清洗压力、清洗角度等，确保清洗效果稳定可靠。

2、设备磨损和损伤

原因：高压水射流等机械清洗方式可能会对空预器内壁造成磨损和损伤，长期使用会影响设备寿命。

解决方案：采用更加温和的清洗方式，如超声波清洗或化学清洗。同时，加强清洗设备的维护和管理，定期检查清洗设备的磨损情况，及时更换损坏部件。

3、水质问题

原因：在线清洗技术通常需要使用大量的水，而水质的好坏会直接影响清洗效果和设备的正常运行。

解决方案：使用高质量的清洗水，定期对水质进行检测和处理。同时，设计合理的排污系统，确保清洗过程中产生的污水能够得到有效处理。

4、安全问题

原因：在线清洗技术需要在锅炉不停炉的情况下进行，存在一定的安全风险。

解决方案：制定严格的安全操作规程和应急预案，确保清洗过程中人员的安全和设备的稳定运行。同时，加强安全培训和教育，提高操作人员的安全意识和应急处理能力。

5、清洗效率问题

原因：部分清洗技术清洗效率较低，需要较长时间才能完成清洗任务。

解决方案：研发更加高效的清洗技术和设备，如采用高频振动清洗、激光清洗等新技术。同时，优化清洗流程和设备布局，提高清洗效率。

六、结束语

火电厂作为能源供应的重要支柱，其高效、稳定的运行对于保障国家能源安全和经济发展具有重要意义。在火电厂的实际运行过程中，空预器积灰问题一直是影响发电效率和设备安全的关键因素之一。对火电厂空预器积灰机理进行深入分析，并研究有效的在线清洗技术，对于提升火电厂整体运行水平具有不可估量的价值。火电厂空预器积灰机理分析及在线清洗技术的研究是一项长期而艰巨的任务。只有不断探索和创新，才能找到更加科学、高效、环保的解决方案，为火电厂的可持续发展提供有力保障。我们相信，在全体科研人员和工程技术人员的共同努力下，火电厂空预器积灰问题必将得到有效解决，为国家的能源事业和经济发展做出更大贡献。

参考文献