火電機組脫硝系統對空氣預熱器影響及對策

李太興

（大唐魯北發電有限責任公司，山東濱州251909）

火電機組脫硝系統對空氣預熱器影響及對策

李太興

（大唐魯北發電有限責任公司，山東濱州251909）

以大唐魯北發電有限責任公司1號和2號鍋爐脫硝系統投運后空氣預熱器堵灰問題為例，對脫硝系統投運后空氣預熱器影響進行深入分析，討論引發空預器堵灰的主要原因，并提出治理措施，對其他火電機組的空預器堵灰問題處理有一定的借鑒意義。

火電機組；脫硝；空預器；堵灰

1 設備概況

大唐魯北發電有限責任公司1號、2號鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司根據美國ABB－CE燃燒工程公司設計制造的HG－1020／18.58－YM23型鍋爐，該鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、單爐膛自然循環汽包鍋爐。設計燃用煙煤，采用平衡通風、中速磨煤機組成的直吹式制粉系統、擺動燃燒器四角切圓燃燒方式，固態排渣煤粉爐，鍋爐為全鋼構架，緊身封閉，爐頂為大罩殼，整體呈倒U型布置。每臺鍋爐配有兩臺半模式、雙密封、三分倉容克式空氣預熱器，其型號為28.0－VI（T）－1983－SMR，逆轉布置。

為了響應國家節能減排號召，分別建設了脫硝工藝系統，脫硝工藝為選擇性催化還原法（SCR），脫硝還原劑為液氨，同時對空氣預熱器進行了相應改造，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），該蓄熱元件采用進口零碳鋼鍍搪瓷，總厚度為1.05 mm，搪瓷釉粉采用進口產品，搪瓷噴鍍方式采用干法靜電噴鍍工藝；同時將空預器冷端吹灰器更換為雙介質吹灰器。

2 存在問題

1號和2號鍋爐脫硝系統分別于2013年8月、10月通過168 h試運，脫硝系統投運后，空預器出入口壓差上升趨勢明顯，尤其是在進入冬季之后壓差增加速率明顯上升，嚴重影響了機組的安全運行，1號鍋爐空預器進出煙氣差壓曲線如圖1所示。

圖1 1號爐空預器煙氣差壓數據對比

從圖1可以看出，1號機組在脫硝投運前（6月至8月）期間，壓差一直維持在1.30 kPa左右，但在8月底脫硝系統投運后，即9月至11月期間，空預器進出口煙氣差壓大幅度上升。11月底，在鍋爐滿負荷時，空預器兩側煙氣差壓分別高達3.5kPa和3.3 kPa。2號機組脫硝系統10月20日至10月27日連續噴氨運行期間，空預器煙氣差壓由1.3 kPa迅速上漲至1.9 kPa，11月份空預器堵灰迅速加劇，最大負荷下煙氣差壓分別高達3.0 kPa和3.2 kPa。停機內部檢查發現，空預器內部尤其是冷端堵灰嚴重，堵灰情況如圖2所示。

圖2 空預器堵灰情況

空預器堵灰造成了送引風機電耗的增加，影響鍋爐運行的經濟性。堵灰嚴重時，將造成爐膛負壓的劇烈波動、供氧量不足導致負荷受限、風機失速搶風、MFT等，直接影響了鍋爐運行的安全性［1］。經調研目前已投產SCR系統的電廠或多或少都出現了此類情況，成為亟待解決的生產難題［2］。

3 原因分析

通過對鍋爐空預器相關的系統檢查及堵灰成分的監測，發現低溫腐蝕是造成空預器堵塞的主要原因，即當空氣預熱器蓄熱元件溫度低于煙氣酸露點時，硫酸及其他化合物就在蓄熱元件壁上凝結堵塞［3］。

3.1 氨逃逸影響

由于SCR脫硝系統運行中不可避免存在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氣態、液態、顆粒狀。據鍋爐廠統計，對于燃煤機組，煙氣中飛灰含量較高，NH4HSO4在146～207℃溫度范圍內為液態，這個區域稱為ABS區域（圖3）。煙氣經過SCR反應器和空預器熱段后，排煙溫度降低，當溫度降至185℃以下時，煙氣中已生成的氣態NH4HSO4會發生凝固。140～230℃之間的溫區位于空預器常規設計的冷段層上方和中間層下方，由于NH4HSO4在此溫區為液態向固態轉變階段，具有極強的吸附性，會造成大量灰分在空預器沉降，引起空預器堵塞及阻力上升，嚴重時將迫使停爐以清理空預器［4］。同時，NH4HSO4本身對金屬有較強的腐蝕性，會造成催化劑金屬支撐架和空預器冷段腐蝕。

圖3 硫酸氫銨沉積區域分布

氨逃逸的形成是由于在SCR反應器內NOx和NH3不完全反應造成的，據統計，當氨的逃逸量為1 μL／L以下時，NH4HSO4生成量很少，空預器堵塞現象不明顯，若氨逃逸量增加到2 μL／L，空預器運行半年后其阻力增加約30%；若氨逃逸量增加到3 μL／L，空預器運行半年后阻力增加約50%。此外，氨過剩使運行成本提高并導致飛灰化學性質發生改變，飛灰質量變差，再利用價值降低；氨泄漏到大氣中又會對大氣造成新的污染，因此必須嚴格控制氨泄漏量，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NH4HSO4的形成有顯著影響，所以對于不同的煤種，SCR中氨逃逸量的控制也不同：低硫煤（S質量分數為1%以下），氨逃逸量＜6 μL／L；中硫煤（S質量分數為1%～1.5%），氨逃逸量＜4 μL／L；高硫煤（S質量分數3%以上），氨逃逸量＜2 μL／L［5］。

3.2 煤質影響

據統計，11月份入爐煤收到基硫分平均為1.41%，最高時全天入爐煤硫分加權平均高達2.03%。根據煙氣酸露點的經驗計算公式［4］

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

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

3.3 暖風器影響

進入冬季后，環境溫度顯著降低，1、2號爐送風溫度全月平均為11.59℃、9.85℃，環比10月份分別下降7.64℃、7.69℃。外界氣溫下降后若不及時投運暖風器，造成鍋爐排煙溫度進一步下降，煙氣溫度極易達到或低于酸露點下，誘發空預器冷端低溫腐蝕，加劇空預器污堵。另外，冬季由于氣溫變化劇烈，暖風器經常發生泄漏，嚴重時從風機底部排污口處有大量水排出，暖風器被迫停運，使得排煙溫度相應降低，不能保證冷端綜合溫度高于設計值運行，導致空預器低溫段腐蝕加劇，進而加劇空預器堵灰。

3.4 吹灰對換熱元件損傷

空預器低溫段換熱元件長期運行，由于吹灰蒸汽過熱度不夠或吹灰閥門不嚴等原因，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，進一步加劇了空預器的堵灰。

4 應對措施

優化脫硝系統的設計及運行，嚴控氨逃逸率。SCR裝置在設計階段要通過冷態流動模型試驗并結合三維兩相流動數值模擬計算，對煙道的流場進行優化設計，保證流場的均勻；每年定期進行反應器出口NOx濃度場的測量檢驗，檢查出口NOx不均勻度的情況，并進行必要的噴氨優化調整，以改善催化劑入口NOx和NH3的摩爾比；根據SCR反應器內氨氮摩爾比分布測試的情況，對噴氨格柵系統進行必要的改進，增大調節的范圍和靈活性，保證無論何種情況下都可以保持氨氮摩爾比的均勻性。脫硝日常運行中，在保證出口NOx滿足排放標準的基礎上降低噴氨濃度，避免過噴現象。

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

根據排煙溫度情況及時投運暖風器。在運行過程中，可根據送風機人口溫度及時投入暖風器，并根據排煙溫度及時調整，使其保持合適的開度，以確保空氣預熱器冷端綜合溫度在規定范圍內。

加強空氣預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，吹灰蒸汽應保持足夠的過熱度，避免濕蒸汽經吹灰器進入空氣預熱器從而加劇堵灰。脫硝投運后，根據運行狀況提高空預器吹灰母管壓力，由原1.05 MPa增壓至1.5 MPa，并重新修訂空預器吹灰規定：當煙氣差壓大于1.5 kPa時，空預器蒸汽吹灰4 h／次；當煙氣差壓大于2.0 kPa時，空預器蒸汽吹灰2 h／次；當煙氣差壓大于2.5 kPa時，空預器蒸汽吹灰連續投入（脫硝系統投運前，空預器吹灰器每天投運約3 h）。

具備條件時進行在線水沖洗。經調研，天津盤山電廠為應對堵灰問題，2013年6月，率先實施了空預器在線水沖洗，沖洗后壓差由2.7 kPa降至1.5 kPa，且未對鍋爐運行產生影響。

5 結語

在增加SCR脫硝系統之后，空氣預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。通過噴氨優化設計及優化運行調整，控制氨逃逸率，是減輕脫硝空預器堵灰的主要措施。此外，要嚴格控制入爐煤硫分，根據壓差變化和投運暖風器、吹灰器、水沖洗等，避免低溫腐蝕是控制空預器堵灰的次要措施。

［1］范從振.鍋爐原理［M］.北京：水利電力出版社，1986.

［2］李永華，應靜良.電站鍋爐空氣預熱器［M］.北京：中國電力出版社，2002.

［3］岳志娟.鍋爐防磨及抗低溫腐蝕措施［J］.發電設備，2009（4）：309－310.

［4］馬雙忱，金鑫，孫云雪，崔基偉.SCR煙氣脫硝過程硫酸氫銨的生成機理與控制［J］.熱力發電，2010，39（8）：12－17.

［5］朱珍平，劉振宇，朱宏賢，等.V2O5／AC催化劑低溫催化的NONH3－O2反應－SO2，V2O5擔載量和反應溫度的影響［J］.中國科學（B輯），2000，30（2）：154－159.

［6］李嘉康.回轉式空預器局部污堵故障分析及解決［J］.華北電力技術，2013（4）：47－50.

［7］王晉一.回轉式空氣預熱器堵灰及腐蝕的原因及預防［J］.電力安全技術，2003，5（10）：42－43.

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，主要從事節能環保管理工作。