曹建臣
（河北大唐国际王滩发电有限责任公司，唐山 063611 ）
摘要：大唐国际王滩电厂使用的设计煤种灰分值为40.69%，由于省煤器灰斗的收尘能力有限，大量的灰颗粒随烟气进入空气预热器。在空预器中，由于流通截面突然变大，烟气流速急剧降低，灰颗粒将在预热器空间大量聚集，在空气预热器内部空间形成积灰，流动阻力加大，空预器冷段出现低温腐蚀。同时，预热器的一二次风将带灰，进而对一二次风管形成磨损，导致安全问题的出现。通过改造增加了省煤器灰斗的受尘能力，取得了满意的改造效果。
关键词：省煤器灰斗，空预器，磨损，
一、项目提出背景
燃煤电厂一般以劣质煤为燃料，灰分含量较大。煤粉颗粒在炉膛内燃烧放热后，不可燃的灰分一般通过以下途径排出：锅炉底部（固态或液态）、省煤器尾部惯性除尘器、除尘器。各部分灰量占总灰量的大致比例如下：
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灰量包括：省煤器灰量（~ 5%）（当设置有省煤器灰斗时）、空预器灰量（~ 3%）（当设有空气预热器灰斗时）、除尘器灰量、烟囱排灰量。
一般，仅有少部分大粒径的灰颗粒会从锅炉底部排出，其余的灰颗粒将随烟气向锅炉尾部运动。到省煤器尾部烟气转弯处，烟气中的较大颗粒会由于重力、离心力的作用而沉降下来至省煤器灰斗中，其余颗粒随烟气进入空气预热器，然后再到除尘器对其中的灰颗粒进行捕集，实现烟气粉尘的达标排放。
大唐国际王滩电厂使用的设计煤种灰分值为40.69%。现行省煤器灰斗结构设计见图1。B-MCR工况下省煤器出口烟气温度为357℃，烟气流量为4622000 m3/h，质量流量为709 kg/s。
该省煤器灰斗高度不足，导致烟气流速较高，颗粒停留时间不足，对颗粒的重力沉降和离心力分离不利，对已经沉降到灰斗底部的颗粒还有卷吸作用。最终，省煤器灰斗的收尘能力有限，大量的灰颗粒随烟气进入空气预热器。
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图1 省煤器灰斗结构
为此，有必要研究提高省煤器灰斗收尘能力的措施，让大部分颗粒通过省煤器灰斗收集下来，减少进入空气预热器中的灰量，有两个直接的好处：第一，空预器堵灰的几率有可能降低，空预器的流动阻力减小，一二次风带灰量减小；第二，进入除尘器的颗粒量减小，除尘电耗有可能降低。
二、改造设计思路
针对当前结构，为了提高省煤器灰斗的收尘能力，在转向室内加装导流板/折流板，可以把省煤器尾部转向室与灰斗改造为机械式除尘器，导流板有均布气流的作用，还可以增加颗粒在该空间与导流板的碰撞机会，同时增加颗粒在该空间的停留时间，进而达到提高省煤器灰斗收尘能力的效果。
机械式除尘器主要是利用重力、惯性力或离心力的作用进行分离、捕集烟气中的尘粒。这类除尘设备构造简单，工作可靠，但是效率较低，主要有如下三种形式：
1）重力除尘器：含尘气体在运动过程中，利用尘粒自身的重力来捕集尘粒。由于重力沉降速度太小，一般只适用于分离50μm以上的尘粒。除尘效率很低。其阻力通常为100-150Pa。
2）惯性除尘器：含尘气体进入除尘器内时，碰撞导流板/折流板而改变方向，由于惯性力的作用，尘粒从气体中分离出来而被捕集。这类除尘器可处理高温含尘烟气，一般适合捕集十几微米到几十微米的尘粒。设备简单，效率较低，如百叶窗式除尘器的效率约为60%-80%。烟气阻力降约为200-500Pa。
3）旋风除尘器：含尘气体切向进入旋风式除尘器，旋转运动产生的离心力把灰粒从气体中分离出来，沿器壁落下，予以捕集。
本改造设计把重力除尘器、惯性除尘器、省煤器转向室及省煤器灰斗联合设计，实现多级机械式除尘器串联使用，预期有下列优点：
1）机械式除尘器对除去10μm以上的尘粒效率高，多级串联使用后可充分发挥其优势；
2）经过机械式除尘器后烟气中的飞灰含量已大为降低，经过空气预热器后进入电除尘器，可充分发挥电除尘器捕集微小尘粒的特长并可预期降低电除尘器电耗；
3）经过机械式除尘后，由于烟气含尘量大为降低，可减缓空气预热器堵灰及低温腐蚀的发生，同时减缓或防止一二次风管的磨损；
4）锅炉负荷变化时，其除尘效率变化也是很小的。机械式除尘器（特别是重力除尘器和惯性除尘器）的效率随负荷降低有升高的趋势。
三、改造方案
在转向室中沿水平方向安装A、B共2级导流板/折流板，其中A级3片，B级2片。2级间的水平间距为1300，折流板间距为1400，宽度为300。在转向室鼻尖处加装隔板，封闭折流板上部空间，避免气流短路通过转向室,如图2所示。
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图2 折流板布置示意图
四、数值计算分析结果
采用锅炉制造厂的尾部结构图纸，建立计算区域模型，对方案进行了数值模拟计算。颗粒设定为惯性颗粒（不会发生反应的颗粒），粒度设定为1μm ~100μm，平均粒径为40 μm。
1，网格划分情况
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2，主要计算结果
（1）改造方案的计算结果
原结构及改造方案左右对称面上的速度分布等值线云图如图4，同时给出了流线的迹线图。流线的迹线图可以定性地表示区域中颗粒的运动轨迹。
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3，计算数据汇总
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五、结果分析
为了考察省煤器灰斗改造后的除灰效果，对#1、#2炉省煤器灰斗灰量进行了测量。
1、测量方法：分别将#1炉B2料斗、#2炉A1料斗内积灰输送干净，关闭灰斗下渣板门；统计灰斗高料位报警时间。
2、10月31日8：40 两炉的两个料斗内积灰输送干净，灰斗下渣板门关闭，具备统计时间条件。
3、#1、#2炉两个灰斗分别在11：38、11：05出现高料位报警。
4、实验期间#1、#2炉负荷在305MW-308MW之间；燃煤量在177t/h-183t/h之间。
5、灰斗至高料位容积约为5 m3，灰渣堆积密度1.1t/m3。
6、#1炉A灰斗产灰量：1.1×5/3=1.8t/h
#2炉A灰斗产灰量：1.1×5/2.417=2.28t/h
#2炉比#1炉灰斗产灰量增加：（2.28-1.8）/1.8×100%=27%
试验结果表明，2#炉灰斗改造后的除灰效率为21.77%，灰斗收集的灰量比没有改造的1#炉灰斗收集量增加了27%，相应地除灰效率也提高了27%。