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660MW燃煤机组除尘器联络烟道积灰成因分析及处理

2024-07-22 9 上传者：管理员

摘要：随着清洁能源发电比例的提高，许多煤电机组承担了电网深度调峰功能，造成烟道积灰问题频出，影响机组运行的稳定性和安全性。针对某电厂660MW燃煤机组除尘器联络烟道内的严重积灰问题，从结构和流场方面分析了其积灰成因，进而提出了采取空气炮的清灰措施，经实施后取得了较好的效果，可以为解决同类型的烟道积灰问题提供参考。

关键词：
流场
清灰
积灰
空气炮
联络烟道
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随着我国可再生清洁能源的迅猛发展，为了适应电网的需求，传统煤电机组需要承担更多的深度调峰功能。这导致煤电机组的低负荷工况运行时间增加，加重烟道内的积灰，若没有良好的清灰措施，积灰高度超出预期值，对烟道的支吊架和加固肋设计产生重要影响[1,2]，将导致烟道底板局部焊缝撕裂，甚至会出现烟道垮塌的事故，影响设备的稳定性和安全性[3,4,5]。对此，近年来一些电厂通过CFD（计算流体力学）方法对设计不合理的烟道结构进行了优化改造[6]。

《火力发电厂烟风煤粉管道设计规范》[7]规定了烟道荷载计算时，除尘器前不同位置水平烟道的积灰高度限值hsp，对于局部流动速度低、易形成积灰的水平烟道，矩形烟道、圆形烟道的hsp分别是1/3烟道高度、1/3流通截面面积。

本文将针对以某布袋除尘器入口烟道出现的积灰问题，通过CFD方法模拟分析烟道（尤其是水平联络烟道）内的流场分布情况，探究烟道积灰成因，进而提出防止积灰的措施，提高了设备运行的安全性。

1、工程概况

某660MW燃煤机组配置一台脉冲布袋除尘器，安装在锅炉尾部，并排并联8个独立的除尘室。锅炉尾部烟气先流经A、B侧空预器，接着分流成4列烟道（截面尺寸为4.2 m×4.2 m），再通过联络烟道（截面尺寸为3.0 m×4.2 m）汇流，最后分流分别进入8个布袋除尘室，如图1所示。其中，引风机A连接除尘器1～4室出口，引风机B连接除尘器5～8室出口。每个除尘室相对独立，均安装有进、出口烟道挡板门，可使某个室从运行中解列出来，实现在线检修。

设备长期运行后发现，联络烟道2-3室、4-5室和6-7室的连接区域出现严重积灰（见图1），最大积灰高度超过1/2烟道高度，其中4-5室连接区域的积灰程度略好于另2处。同时，按文献[7]取积灰高度为烟道高度1/3可计算得到积灰量约105 m3，而检修时现场总清灰量达200 m3以上，可见，当前设备存在严重的安全隐患，亟需采取措施。

图1布袋除尘器进口烟道及积灰情况

图2速度分布情况

图3联络烟道内不同高度上的速度分布曲线

2、积灰成因分析

从图1可以容易判断出，联络烟道内的烟气流动性差，处于气流的“空腔区”。为进一步探究其烟气流场分布情况，采用CFD方法建立了计算模型和模拟分析。

图2给出了布袋除尘器入口烟道内的速度分布情况。从图可知，联络烟道内存在多处涡流区域，主要是在2-3室、4-5室和6-7室的连接区域，容易产生积灰。同时，选取联络烟道高度分别为0.1、0.5、1.0、2 m上的速度分布情况，如图3所示。从图可知，2-3室和6-7室连接区域的烟气流速很低，小于1 m/s;4-5室连接区域的烟气流速小于2 m/s，即这些区域烟气对飞灰的携带输送能力差，这与现场观察到的现象一致。

综上分析，当前的联络烟道结构设计不合理，且未考虑输灰或清灰措施，机组长期运行后，造成了联络烟道内的飞灰越积越多，直至超过积灰高度限值。

3、措施及应用

目前，解决烟道积灰问题主要有3种路线，一是针对设计不合理的烟道结构，采取封堵局部烟道、设置导流板等措施改善烟气流场分布，减轻积灰程度；二是在积灰区域设置吹灰装置（如空气炮），通过定期吹扫积灰，使积灰卷扬飞起到非积灰区域，进而被携带走；三是在积灰区域设置灰斗，将积灰收集于灰斗内，定期输送进入灰仓。考虑到路线三的整改量最大、工期长、成本最高，选取路线二为主、路线一为辅的解决方案。同时，因4-5室连接区域的积灰严重程度尚在可承受范围内，为节约费用，主要针对2-3室和6-7室连接区域做相应的改造。

3.1吹灰装置设计

选取清洁、无污染、低耗能的空气炮作为吹灰装置，其是利用空气动力原理，将空气压力能瞬间转变成空气射流动力能，产生强大的冲击力，直接作用于静止不动的物料，使其散开或塌落，在重力或气力作用而重新流动。空气炮广泛应用于火力发电厂、煤矿、水泥厂等重要贮运散装物料的场景[8]。

在2-3室和6-7室连接区域分别设置一台空气炮，压缩空气压力为0.48～1.0 MPa，每台空气炮布置2个喷嘴，如图4所示。空气炮喷嘴距离烟道底部50 mm,同时在喷嘴易磨损区域增加防磨措施；2个喷嘴相向错列布置，间距为2 376 mm，一个从左向右吹扫，一个从右向左吹扫，以确保喷嘴喷出的高速气流可以覆盖烟道，使各处的堆积飞灰都可以被扰动；空气炮每次吹扫仅投运1个喷嘴，投运的喷嘴可以为未投运的喷嘴清灰。

图4空气炮布置示意

表1四种方案的主要流场指标对比

说明：流量偏差是1-4室、5-8室分别统计。

3.2流场改善措施

针对性设计了局部封堵、增设导流板、拆除导流板三种调整措施方案，以增大联络烟道内的烟气流速。三种方案的具体情况如下：

(1)局部封堵方案：在2-3室和6-7室间的联络烟道内各设置2块封板，与烟道底板形成等腰三角形，三角形的底边高为2 m，内部为封闭区域，可减少积灰区域。

(2)增设导流板方案：在2-3室和6-7室间的联络烟道内各1块竖直孔板，孔板与顶板相连接，孔板高度为2.1 m、开孔率为50%，通过孔板的阻挡能够增大烟道底部区域的烟气流速，进而减轻积灰程度。

(3)拆除导流板方案：拆除原有三通分流烟道内布置的导流板，使烟气处于较混乱的状态，可能能够打破积灰区域的“气流空腔区”，进而减轻积灰。

对三种流场方案进行了CFD模拟分析。首先，对比判断了流场方案对原有设备的主要流场指标（各室流量分配偏差和烟道阻力）的影响，如表1所示。从表可知，三种流场方案与原方案相比，各室流量分配偏差均能够小于±1%；烟道阻力的变化在15 Pa以内，大多是几帕的差异。可见，三种流场方案对原有的流场指标影响很小，具有可行性的基础。

图5给出了三种流场方案下联络烟道内的速度分布情况。从图可知，三种方案的流场分布总体趋势一致，但局部流场分布略有变化，尤其是方案(3)，流场变化主要发生在烟气的主要流通通道处，2-3室、4-5室和6-7室之间的连接区域处的流场分布基本不变。

图6给出了原方案及三种流场调整方案下联络烟道底部的速度分布情况。从图可知，与原方案相比，分布总体趋势基本一致。但在2-3室和6-7室连接区域，方案(1)烟道底部设置了封板，减小了积灰面积，导致封板间的风速近乎为0 m/s。方案(2)烟道顶部设置了孔板，减小了烟气流通面积，烟道底部烟气流速得到提高，有利于减轻积灰。方案(3)去掉烟道内所有导流板后，进口区域的整体风速大小有所降低，但连接区域的风速与原方案基本一致，说明该方案不可行。综上分析，可选用方案(2)作为流场改善措施。

3.3实施效果

根据上述分析，确定了空气炮为主，增设导流板方案为辅的改造方案，在现场进行了实施。经过投运6个月后，停炉检修发现联络烟道内的积灰程度比改造前有明显改善，积灰量降低了约80%，有效解决了联络烟道内的积灰问题。

图5三种流场方案下联络烟道内的速度分布

图6原方案及三种流场调速方案下联络烟道底部（距底面0.5 m）的速度分布

4、结论

通过CFD方法分析水平联络烟道的流场分布情况，能够很好的分析烟道积灰的成因。采取在水平联络烟道内设置空气炮吹灰装置，并辅以流场改善措施，能够有效解决水平联络烟道严重积灰的难题，且方案简单、工程量小、投资低，保证了系统的安全稳定运行，可以为类似项目提供参考。

参考文献:

[1]刘进波,杨远昭,王磊.煤电机组深度调峰下锅炉烟道及除尘器积灰特性研究[J].电站系统工程,2023,39(3):40-42.

[2]何佳阳.空预器至除尘器矩形烟道积灰的估算分析[J].红水河,2017,36(2):58-60.

[3]范允君.1000MW机组锅炉水平烟道积灰原因分析与治理[J].山东电力高等专科学校学报,2021,24(4):62-65.

[4]张良,刁云鹏,赵树龙,等.电站锅炉低负荷工况下水平烟道积灰治理[J].锅炉制造,2020(5):34-36.

[5]胡信韬,姜聪.电站锅炉尾部烟道积灰的原因分析及处理[J].山东工业技术,2018(9):166-167.