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中南院:六年磨一剑 攻克火电行业公认难题

发布日期: 2021-04-25

编辑: 唐晓阳

来源: 大唐中南电力试验研究院

近年来,火电机组在进行超级排放改造后出现了锅炉空预器堵塞问题,引发了机组限负荷、电耗增大等一系列问题。各发电企业为此进行了多方尝试:热态喷氨调整、提高单侧烟温、在线高压水冲洗……但这些手段大多扬汤止沸,无法从根本上解决,空预器堵塞治理成了行业公认的难题。大唐集团科学技术研究总院下属中南电力试验研究院历经6年攻关研究和实践探索,提出了空预器堵塞类型快捷判定技术,集精准喷氨控制、烟道流场优化、锅炉燃烧优化于一体的定制化、系统性解决方案,并在多家企业成功应用,破解了空预器堵塞这一行业难题,实现机组安全运行与绿色发展齐驱并进。

抽丝剥茧 深挖细查寻根源

“虽然各台火电机组的空预器堵塞表现、程度不一,但在其背后一定有其原因和规律。要解决这项难题,首先得把堵塞原因和形成规律找出来。”

2016年,中南院集结了院内多位专家和技术骨干,成立了空预器堵塞治理研究团队,围绕这项业内“卡脖子”问题,开启了攻坚之路。为了解堵塞真实情况,研究团队走访了区域内15家火电企业,掌握了空预器生产厂家、投运时间、堵塞状况、历次处理情况等大量一手资料。通过对收集到的资料进行分析,发现虽然都表现为空预器堵塞,但堵塞的位置、堵塞物形态、成分等并不相同,说明导致堵塞的原因并不相同。通过查阅有关科技文献,结合对收集到的堵塞物成分分析,研究团队最终将堵塞情况确定为两种类型。

如何判断某个机组堵塞属于哪种类型?显然,仅靠观察堵塞外观是不行的。在对数十台火电机组空预器不同位置的灰垢样品成分进行检测后,通过比对分析检测结果,研究团队最终发现不同类型堵塞的成分存在着规律性变化。本着求真务实、严谨细致的科学态度,团队将研究发现在其它多台机组中进行验证,最终断定这种规律可以用来判定空预器堵塞类型。


确定了堵塞类型,还得查清形成堵塞的具体原因,才能为“对症下药”予以根治创造条件。通过对锅炉运行工况、脱硝系统运行情况等进一步分析,团队发现实施超低排放改造后许多机组锅炉燃烧、烟气流场、温度场等发生了变化,同时脱硝系统普遍存在设计不完善、控制不精确等问题,加上锅炉型式、煤种不同等原因,导致空预器运行中传热元件表面逐步粘结硫酸氢铵、酸雾滴、飞灰等物质,最终发生了两种类型的堵塞现象。也就是说,堵塞是由于多方面问题综合造成的。

技术助力,系统思维破难题

“既然形成堵塞的原因是多方面的,那大家就必须用系统思维的方法进行综合治理。” 

按照这一思路,研究团队组织多个专业联合对空预器堵塞进行“会诊”,通过对锅炉运行参数、数值模拟分析、堵塞物成分分析以及现场勘测,找到了锅炉燃烧、烟道流场、脱硝喷氨控制等方面存在的诸多问题。下一步,就是针对这些问题,进行系统性治理。

锅炉燃烧的问题,可以通过锅炉燃烧调整优化试验来解决。而烟气流场、温度场的问题,则可以依靠先进的计算App建立模型来进行分析,结合现场烟道积灰、导流板磨损等实际情况,找到解决方案。针对当前喷氨控制系统多数存在较大的指令滞后和偏差延迟的先天性问题,团队经历百余次的数据分析、设计优化、参数调整等工作,开发出拥有自主常识产权的“精准喷氨控制系统”,能有效防止SCR喷氨过量……一切问题,随着团队的不懈努力都找到了解决办法。


2019年8月,经过精心准备,团队针对某企业3号机组空预器堵塞问题提出的集锅炉燃烧优化、烟道流场优化、精准喷氨控制等多项技术于一体的系统性解决方案在机组A级检修期间进行了实施。机组启动后,经过进一步调试和几个月的运行检验,脱硝系统氮氧化物实现稳定达标,氨逃逸量基本在5mg/Nm3以下,额定负荷下空预器差压小于1.2kPa,改造取得圆满成功,得到企业高度赞誉。

精益求精,优化提升显成熟

“大家的方案要结合实际情况进一步优化完善,才能有更强的适应性、可靠性、稳定性。”

初战告捷,团队士气大振,备受鼓舞。研究团队结合机组改造后运行实际情况以及出现的新问题,继续不断完善治理方案。如在烟气流场改造中,研发了区域气流交叉扰动高效混合器,实现了烟气场对多边界及变边界条件的自适应,解决了烟气调温挡板或高温烟气旁路挡板变动时SCR烟气场多变难题;在喷氨格栅改造中,不仅对喷氨格栅内部进行改造优化,还对喷氨格栅外部管道进行优化,进一步提高了喷氨精准度;开发了高效率、低成本的稀释风系统除尘装置,成功解决了稀释风带灰导致的喷氨管路积灰堵塞问题。

经过不断完善,针对空预器堵塞问题的一体化系统解决方案逐步成熟,并先后在七台机组得到成功应用,取得显著效果。例如,某厂4号机组(600兆瓦)改造前,因空预器差压大,运行不到两周便堵塞严重,不到三个月就得停运进行冲洗,影响发电且发生较多检修费用,改造后至今已运行2年半,系统运行稳定,空预器差压无增长,仅节省风机耗电量、催化剂更换费用、尿素等直接经济效益每年就达850万元以上。某厂1号机组(660兆瓦)改造前因空预器差压大负荷受限,改造后已运行11个月,空预器差压始终小于1.2kPa,节省电耗、尿素等直接经济效益490万元。较少设备改造、较少资金投入、显著的经济效益,中南院空预器堵塞治理技术以其较好的稳定性、可靠性、经济性受到应用企业一致好评。

团队研究成果《回转式空气预热器ABS堵塞治理关键技术研究及应用》经中国电机工程学会鉴定,整体达国际先进水平,该成果还获得了中国电力科技进步奖三等奖;《燃煤电厂脱硝喷氨控制优化研究及应用》获得中国大唐集团科技进步奖一等奖;获得实用新型专利、App著作权、发明专利授权达30余项;主持编制的电力行业标准《氨逃逸在线监测系统技术要求及检测办法》填补了氨逃逸在线检测技术的空白。

宝剑锋从磨砺出。站在二次创业的新征程上,中南院将继续围绕国家“碳达峰、碳中和”目标,立足能源技术前沿和发电企业实际,发扬斗争精神和胜利精神,开展科技研发和技术攻关,加强数字智慧科技创新,将核心技术牢牢掌握在自己手中,以坚强的科技支撑助力大唐集团建设成为世界一流能源供应商!

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