火電機(jī)組脫硝系統(tǒng)對(duì)空氣預(yù)熱器影響及對(duì)策

李太興

（大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司，山東濱州251909）

火電機(jī)組脫硝系統(tǒng)對(duì)空氣預(yù)熱器影響及對(duì)策

李太興

（大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司，山東濱州251909）

以大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司1號(hào)和2號(hào)鍋爐脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后空氣預(yù)熱器堵灰問題為例，對(duì)脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后空氣預(yù)熱器影響進(jìn)行深入分析，討論引發(fā)空預(yù)器堵灰的主要原因，并提出治理措施，對(duì)其他火電機(jī)組的空預(yù)器堵灰問題處理有一定的借鑒意義。

火電機(jī)組；脫硝；空預(yù)器；堵灰

1 設(shè)備概況

大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司1號(hào)、2號(hào)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司根據(jù)美國(guó)ABB－CE燃燒工程公司設(shè)計(jì)制造的HG－1020／18.58－YM23型鍋爐，該鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛自然循環(huán)汽包鍋爐。設(shè)計(jì)燃用煙煤，采用平衡通風(fēng)、中速磨煤機(jī)組成的直吹式制粉系統(tǒng)、擺動(dòng)燃燒器四角切圓燃燒方式，固態(tài)排渣煤粉爐，鍋爐為全鋼構(gòu)架，緊身封閉，爐頂為大罩殼，整體呈倒U型布置。每臺(tái)鍋爐配有兩臺(tái)半模式、雙密封、三分倉容克式空氣預(yù)熱器，其型號(hào)為28.0－VI（T）－1983－SMR，逆轉(zhuǎn)布置。

為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召，分別建設(shè)了脫硝工藝系統(tǒng)，脫硝工藝為選擇性催化還原法（SCR），脫硝還原劑為液氨，同時(shí)對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行了相應(yīng)改造，即將冷端及中間層蓄熱元件合并改造為一層鍍搪瓷元件（高1 000 mm），該蓄熱元件采用進(jìn)口零碳鋼鍍搪瓷，總厚度為1.05 mm，搪瓷釉粉采用進(jìn)口產(chǎn)品，搪瓷噴鍍方式采用干法靜電噴鍍工藝；同時(shí)將空預(yù)器冷端吹灰器更換為雙介質(zhì)吹灰器。

2 存在問題

1號(hào)和2號(hào)鍋爐脫硝系統(tǒng)分別于2013年8月、10月通過168 h試運(yùn)，脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，空預(yù)器出入口壓差上升趨勢(shì)明顯，尤其是在進(jìn)入冬季之后壓差增加速率明顯上升，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行，1號(hào)鍋爐空預(yù)器進(jìn)出煙氣差壓曲線如圖1所示。

圖1 1號(hào)爐空預(yù)器煙氣差壓數(shù)據(jù)對(duì)比

從圖1可以看出，1號(hào)機(jī)組在脫硝投運(yùn)前（6月至8月）期間，壓差一直維持在1.30 kPa左右，但在8月底脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，即9月至11月期間，空預(yù)器進(jìn)出口煙氣差壓大幅度上升。11月底，在鍋爐滿負(fù)荷時(shí)，空預(yù)器兩側(cè)煙氣差壓分別高達(dá)3.5kPa和3.3 kPa。2號(hào)機(jī)組脫硝系統(tǒng)10月20日至10月27日連續(xù)噴氨運(yùn)行期間，空預(yù)器煙氣差壓由1.3 kPa迅速上漲至1.9 kPa，11月份空預(yù)器堵灰迅速加劇，最大負(fù)荷下煙氣差壓分別高達(dá)3.0 kPa和3.2 kPa。停機(jī)內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器內(nèi)部尤其是冷端堵灰嚴(yán)重，堵灰情況如圖2所示。

圖2 空預(yù)器堵灰情況

空預(yù)器堵灰造成了送引風(fēng)機(jī)電耗的增加，影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。堵灰嚴(yán)重時(shí)，將造成爐膛負(fù)壓的劇烈波動(dòng)、供氧量不足導(dǎo)致負(fù)荷受限、風(fēng)機(jī)失速搶風(fēng)、MFT等，直接影響了鍋爐運(yùn)行的安全性［1］。經(jīng)調(diào)研目前已投產(chǎn)SCR系統(tǒng)的電廠或多或少都出現(xiàn)了此類情況，成為亟待解決的生產(chǎn)難題［2］。

3 原因分析

通過對(duì)鍋爐空預(yù)器相關(guān)的系統(tǒng)檢查及堵灰成分的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)低溫腐蝕是造成空預(yù)器堵塞的主要原因，即當(dāng)空氣預(yù)熱器蓄熱元件溫度低于煙氣酸露點(diǎn)時(shí)，硫酸及其他化合物就在蓄熱元件壁上凝結(jié)堵塞［3］。

3.1 氨逃逸影響

由于SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中不可避免存在NH3逃逸問題，逃逸出的NH3與煙氣中的SO3和水蒸氣生成NH4HSO4。NH4HSO4在不同的溫度下分別呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、顆粒狀。據(jù)鍋爐廠統(tǒng)計(jì)，對(duì)于燃煤機(jī)組，煙氣中飛灰含量較高，NH4HSO4在146～207℃溫度范圍內(nèi)為液態(tài)，這個(gè)區(qū)域稱為ABS區(qū)域（圖3）。煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)器和空預(yù)器熱段后，排煙溫度降低，當(dāng)溫度降至185℃以下時(shí)，煙氣中已生成的氣態(tài)NH4HSO4會(huì)發(fā)生凝固。140～230℃之間的溫區(qū)位于空預(yù)器常規(guī)設(shè)計(jì)的冷段層上方和中間層下方，由于NH4HSO4在此溫區(qū)為液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變階段，具有極強(qiáng)的吸附性，會(huì)造成大量灰分在空預(yù)器沉降，引起空預(yù)器堵塞及阻力上升，嚴(yán)重時(shí)將迫使停爐以清理空預(yù)器［4］。同時(shí)，NH4HSO4本身對(duì)金屬有較強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)造成催化劑金屬支撐架和空預(yù)器冷段腐蝕。

圖3 硫酸氫銨沉積區(qū)域分布

氨逃逸的形成是由于在SCR反應(yīng)器內(nèi)NOx和NH3不完全反應(yīng)造成的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)氨的逃逸量為1 μL／L以下時(shí)，NH4HSO4生成量很少，空預(yù)器堵塞現(xiàn)象不明顯，若氨逃逸量增加到2 μL／L，空預(yù)器運(yùn)行半年后其阻力增加約30%；若氨逃逸量增加到3 μL／L，空預(yù)器運(yùn)行半年后阻力增加約50%。此外，氨過剩使運(yùn)行成本提高并導(dǎo)致飛灰化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，飛灰質(zhì)量變差，再利用價(jià)值降低；氨泄漏到大氣中又會(huì)對(duì)大氣造成新的污染，因此必須嚴(yán)格控制氨泄漏量，一般要求小于3 μL／L［4］。

由于燃煤的含硫量決定著煙氣中SO3的含量，而SO3的含量對(duì)NH4HSO4的形成有顯著影響，所以對(duì)于不同的煤種，SCR中氨逃逸量的控制也不同：低硫煤（S質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%以下），氨逃逸量＜6 μL／L；中硫煤（S質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～1.5%），氨逃逸量＜4 μL／L；高硫煤（S質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%以上），氨逃逸量＜2 μL／L［5］。

3.2 煤質(zhì)影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)，11月份入爐煤收到基硫分平均為1.41%，最高時(shí)全天入爐煤硫分加權(quán)平均高達(dá)2.03%。根據(jù)煙氣酸露點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式［4］

式中：td為煙氣的酸露點(diǎn)，℃；td，w為按煙氣的水蒸氣分壓力計(jì)算的水露點(diǎn)，℃；β為與過量空氣系數(shù)有關(guān)的系數(shù)；Sar為收到基燃料折算硫分；α為飛灰系數(shù)；Aar為收到基燃料折算灰分。

當(dāng)燃用含硫量較高的燃料時(shí)，不僅使得煙氣中的SO2及SO3氣體含量增加，而且煙氣酸露點(diǎn)隨之上升，因此煙氣中更多的SO3氣體與水蒸汽能結(jié)合成的硫酸蒸汽凝結(jié)在空預(yù)器蓄熱元件，進(jìn)而捕捉煙氣中的飛灰形成空預(yù)器堵塞。

3.3 暖風(fēng)器影響

進(jìn)入冬季后，環(huán)境溫度顯著降低，1、2號(hào)爐送風(fēng)溫度全月平均為11.59℃、9.85℃，環(huán)比10月份分別下降7.64℃、7.69℃。外界氣溫下降后若不及時(shí)投運(yùn)暖風(fēng)器，造成鍋爐排煙溫度進(jìn)一步下降，煙氣溫度極易達(dá)到或低于酸露點(diǎn)下，誘發(fā)空預(yù)器冷端低溫腐蝕，加劇空預(yù)器污堵。另外，冬季由于氣溫變化劇烈，暖風(fēng)器經(jīng)常發(fā)生泄漏，嚴(yán)重時(shí)從風(fēng)機(jī)底部排污口處有大量水排出，暖風(fēng)器被迫停運(yùn)，使得排煙溫度相應(yīng)降低，不能保證冷端綜合溫度高于設(shè)計(jì)值運(yùn)行，導(dǎo)致空預(yù)器低溫段腐蝕加劇，進(jìn)而加劇空預(yù)器堵灰。

3.4 吹灰對(duì)換熱元件損傷

空預(yù)器低溫段換熱元件長(zhǎng)期運(yùn)行，由于吹灰蒸汽過熱度不夠或吹灰閥門不嚴(yán)等原因，造成部分蓄熱元件被吹灰器吹損變形，蓄熱片吹損后，蓄熱片之間的通道變窄甚至堵塞，造成飛灰無法通過，進(jìn)一步加劇了空預(yù)器的堵灰。

4 應(yīng)對(duì)措施

優(yōu)化脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行，嚴(yán)控氨逃逸率。SCR裝置在設(shè)計(jì)階段要通過冷態(tài)流動(dòng)模型試驗(yàn)并結(jié)合三維兩相流動(dòng)數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)煙道的流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證流場(chǎng)的均勻；每年定期進(jìn)行反應(yīng)器出口NOx濃度場(chǎng)的測(cè)量檢驗(yàn)，檢查出口NOx不均勻度的情況，并進(jìn)行必要的噴氨優(yōu)化調(diào)整，以改善催化劑入口NOx和NH3的摩爾比；根據(jù)SCR反應(yīng)器內(nèi)氨氮摩爾比分布測(cè)試的情況，對(duì)噴氨格柵系統(tǒng)進(jìn)行必要的改進(jìn)，增大調(diào)節(jié)的范圍和靈活性，保證無論何種情況下都可以保持氨氮摩爾比的均勻性。脫硝日常運(yùn)行中，在保證出口NOx滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上降低噴氨濃度，避免過噴現(xiàn)象。

加強(qiáng)配煤摻燒及燃燒調(diào)整，減少煙氣中SOx含量［6］。加強(qiáng)入廠煤含硫量的控制，盡量采購低硫煤，加強(qiáng)對(duì)各類煤種的摻配工作，防止高硫、高灰分煤種集中進(jìn)入爐膛，控制入爐煤硫分不大于1.0%，同時(shí)加強(qiáng)燃燒調(diào)整，保持合適的過量空氣系數(shù)，減少SOx生成，從而最大限度地降低空氣預(yù)熱器的腐蝕。

根據(jù)排煙溫度情況及時(shí)投運(yùn)暖風(fēng)器。在運(yùn)行過程中，可根據(jù)送風(fēng)機(jī)人口溫度及時(shí)投入暖風(fēng)器，并根據(jù)排煙溫度及時(shí)調(diào)整，使其保持合適的開度，以確保空氣預(yù)熱器冷端綜合溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。

加強(qiáng)空氣預(yù)熱器的吹灰和水沖洗工作［7］。吹灰前將吹灰蒸汽疏水徹底排凈，吹灰蒸汽應(yīng)保持足夠的過熱度，避免濕蒸汽經(jīng)吹灰器進(jìn)入空氣預(yù)熱器從而加劇堵灰。脫硝投運(yùn)后，根據(jù)運(yùn)行狀況提高空預(yù)器吹灰母管壓力，由原1.05 MPa增壓至1.5 MPa，并重新修訂空預(yù)器吹灰規(guī)定：當(dāng)煙氣差壓大于1.5 kPa時(shí)，空預(yù)器蒸汽吹灰4 h／次；當(dāng)煙氣差壓大于2.0 kPa時(shí)，空預(yù)器蒸汽吹灰2 h／次；當(dāng)煙氣差壓大于2.5 kPa時(shí)，空預(yù)器蒸汽吹灰連續(xù)投入（脫硝系統(tǒng)投運(yùn)前，空預(yù)器吹灰器每天投運(yùn)約3 h）。

具備條件時(shí)進(jìn)行在線水沖洗。經(jīng)調(diào)研，天津盤山電廠為應(yīng)對(duì)堵灰問題，2013年6月，率先實(shí)施了空預(yù)器在線水沖洗，沖洗后壓差由2.7 kPa降至1.5 kPa，且未對(duì)鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生影響。

5 結(jié)語

在增加SCR脫硝系統(tǒng)之后，空氣預(yù)熱器堵塞的主要原因是由于NH4HSO4生成后附著在受熱面上，并捕捉煙氣中的飛灰而造成的。通過噴氨優(yōu)化設(shè)計(jì)及優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，控制氨逃逸率，是減輕脫硝空預(yù)器堵灰的主要措施。此外，要嚴(yán)格控制入爐煤硫分，根據(jù)壓差變化和投運(yùn)暖風(fēng)器、吹灰器、水沖洗等，避免低溫腐蝕是控制空預(yù)器堵灰的次要措施。

［1］范從振.鍋爐原理［M］.北京：水利電力出版社，1986.

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Impact on Air Preheaters by Denitration System and Its Countermeasures in Thermal Power Unit

LI Taixing
（Datang Lubei Power Generation Co.，LTD，Binzhou 251909，China）

In Datang Lubei Power Generation Co.，Ltd，after boiler denitration system is put into operation on two units，ash plugging problem on air preheaters is proved to be serious.Taking the ash plugging problem as an example，we give an in-depth analysis on the impact on air preheater by denitration system.Main causes of air preheater ash plugging are discussed and management measures are put forward.This will prove to be of high reference value for other thermal power units.

thermal power unit；denitration；air preheater；ash plugging

TK228

B

1007－9904（2015）03－0075－03

2014－12－25

李太興（1982），男，工程師，主要從事節(jié)能環(huán)保管理工作。