脫硝機組空預器在線水沖洗技術的應用

吳 超（內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司，內蒙古　呼和浩特　010206）

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脫硝機組空預器在線水沖洗技術的應用

吳 超
（內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司，內蒙古呼和浩特010206）

摘要：為了達到環保部對于排放控制的要求，火力發電廠安裝了脫硝裝置。隨之而來的是空預器堵灰問題愈發嚴重，嚴重影響了發電機組的安全、經濟運行。為了解決這一問題，托克托發電公司安裝了空預器在線水沖洗裝置，在機組不停運的情況下，有效地降低了空預器的差壓，并且達到了節能的目的。

關鍵詞：脫硝；空預器；在線水沖洗；安全；節能

近年來，與燃煤有關的區域性和全球性的環境問題越來越突出，火力發電廠裝排放的主要污染物粉塵、氮氧化物等對人類的生存環境構成直接危害。為更好地適應“十二五”環境保護工作的新要求，內蒙古大唐國際托克托發電公司2號鍋爐于2014年5月的機組大修中加裝了脫硝系統，此系統是采用液氨制備脫硝還原劑，選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置。然而，隨著脫硝系統的運行，空預器的阻力呈現出增加的趨勢，出現了空預器堵灰嚴重的狀況，不但降低了機組的經濟性，而且導致引風機頻繁失速，嚴重影響了機組安全運行的可靠性。針對空預器堵灰嚴重的情況，托克托發電公司2號機組于2014 年11月04日對兩臺空預器進行了在線高壓水沖洗，明顯緩解了空預器的堵灰情況，有效降低了風機的電耗，保證了機組運行的可靠性。

1 概況

（1）鍋爐設備。2號鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責任公司引進的美國ABB-CE燃燒工程公司技術設計制造的亞臨界、一次中間再熱、單爐膛、控制循環汽包鍋爐。

（2）空預器。鍋爐配置兩臺三分倉回轉空氣預熱器空氣預熱器，布置在爐膛后煙道下部，型號為 32VNT2060，豪頓華公司生產制造，在一次風機和送風機入口風道布置有暖風器，冬季時投入。

（3）脫硝設備。脫硝系統采用選擇性催化還原法（SCR）全煙氣脫硝工藝。SCR反應器布置在省煤器出口與空預器入口之間的高含塵區域，其裝置在鍋爐BMCR工況下進行全煙氣脫硝。

2 空預器堵灰的原因分析

SCR煙氣脫硝裝置由于催化劑的存在，在SCR脫硝反應器中發生大量的化學反應，對空預器產生影響的主要是生成的硫酸氫銨。煙氣中部分SO2被催化氧化為SO3，從脫硝反應器逃逸的部分氨與煙氣中的SO3和H2O反應生成硫酸氫銨，增加了空預器堵塞和腐蝕的風險。硫酸氫銨牢固粘附在空預器蓄熱元件的表面上，使蓄熱元件發生積灰。經驗表明，空預器對硫酸氫銨結垢的反應非常敏感。在增加了SO3轉化率后，硫酸露點通常上升5℃～10℃，空熱器冷端受硫酸腐蝕區范圍將上升到250mm～450mm，原有空氣預熱器的冷段高度就顯得不夠了。此外，SCR反應器內煙氣流速約為4m/s ～6m/s，勢必形成一定程度的積灰。為保證SCR催化劑的催化效果，在SCR內配置的吹灰器將會把積灰吹入空預器，在空預器內會形成堵灰。綜上所述，脫硝裝置安裝后，反應生成的硫酸氫銨在空預器受熱面上的沉積是影響空預器堵塞的直接原因。

3 目前流行的空預器吹灰技術

目前，國內有以下幾種比較流行的空預器吹灰方式。

（1）蒸汽吹灰：一定壓力和一定干度的蒸汽，從吹灰器噴口高速噴出，對積灰受熱面進行吹掃，以達到清除積灰的目的。

（2）聲波吹灰：金屬膜片在壓縮空氣的作用下產生具有一定聲壓和頻率的聲波，鍋爐受熱面的積灰在聲波的作用下處于松動和懸浮狀態，易被有一定速度的煙氣帶走，達到清理受熱面積灰的目的。

（3）弱爆吹灰：主要是使用空氣和可燃氣體（例如氫氣、乙炔氣、煤氣、液化氣和天然氣等）以適當的比例混合，在特制的、一端連接噴管的爆燃罐內經高頻點火，產生爆燃，瞬間產生的巨大聲能和大量高溫高速氣體，形成強烈的壓縮沖擊波并通過噴管導入煙道內，通過壓縮沖擊波對受熱面上的灰垢、鹽垢產生強烈的交變沖擊作用，使其表面積灰飛濺，隨煙氣帶走。

以上的三種吹灰方式主要適用于聚積的干松灰，對于物理化學結積的低溫粘結灰的清洗，有一定的效果，但是不明顯。水沖洗技術能較徹底地解決這個問題，但停爐后的水沖洗對機組經濟性影響較大，單側在線水沖洗可以保證一定的經濟性，而如果在線水沖洗技術如果能不影響機組安全運行的前提下，則能最大程度保證機組運行的經濟性。

表1　機組大修后空預器運行參數表

圖1　機組空預器在線水沖洗系統圖

4 在線水沖洗技術的應用實例

表1采集的是托電2號鍋爐加裝脫硝設備運行后在負荷500MW情況運行時空預器的相關運行數據。

從表1中可以看出隨著機組運行時間的增加，空預器的煙氣側差壓逐漸增加，尤其是在環境溫度下降后（9月份開始）空預器煙氣側差壓增加的速度明顯加快。伴隨著差壓的增加，鍋爐的出力明顯受限，機組同一負荷正常運行所需的總風量明顯增加，導致引風機的電耗明顯增加。空預器堵塞嚴重導致管路阻力特性變化，風道阻力特性變化導致引風機動葉開度過大，引風機在高負荷運行時經常落入性能曲線內的不穩定工作區，多次出現了失速現象，嚴重了影響機組的安全運行。為避免引風機出現失速現象，保證機組的安全穩定運行，不得不多次限制負荷，嚴重影響了機組的帶負荷能力。為解決空預器蓄熱元件阻力大的問題，托電公司與豪頓華公司合作在2號鍋爐空預器中增加一套豪頓華公司獨立研制的智潔清洗系統，實現2號鍋爐空預器蓄熱元件的在線高壓水沖洗，用以解決蓄熱元件堵灰的問題。安裝工作已在2014年5月的機組大修中空預器蓄熱元件改造期間完成。

表2　機組空預器在線水沖洗過程參數

如圖1所示，新增的空預器在線高壓水沖洗系統水源取自2號鍋爐爐側閉式冷卻水供引風機水箱補水管道，進過濾網后直接引入高壓水泵進行加壓，由該清洗裝置噴嘴噴出，清除空預器冷端蓄熱元件上的灰垢。空預器在線高壓水沖洗系統運行方式為間歇運行，且間隔時間較長。該清洗裝置安裝在空預器煙氣出口處，每臺空預器一臺。與常規蒸汽吹灰器類似，為半伸縮型式設計，外部占用空間小。此外，此套裝置的爐內槍管可實現在線檢修、維護，在不停爐的情況下，可更換噴嘴。該清洗裝置安裝有手動調壓閥、氣動調壓閥、安全溢流閥和蓄能器，確保管路的壓力可調、可控、穩定。

2014年11月04日2號鍋爐對兩臺空預器進行了在線高壓水沖洗。

沖洗原則：每個槍管6個噴嘴，總行程為1000mm，每次沖洗時第一個沖洗周期，啟動高壓水槍后應觀察空預器電流、出口煙溫變化情況采取分段逐步加壓（10MPa、20MPa、30MPa各維持約10分鐘，待電流和煙溫平穩后再次加壓），防止大流量沖洗水進入導致空預器運行異常。單側沖洗，先沖洗B側空預器，結束后再沖洗A側空預器。

沖洗過程需要注意的事項：

（1）沖洗過程中注意監視風煙系統參數：空預器運行電流、煙氣側壓差、爐膛壓力、空預器運行聲音、報警、送、引風機、一次風機電流、動葉開度等。

（2）沖洗過程中嚴密監視電除塵二次電流及排灰情況，防止因煙氣含水大影響電除塵工作。

（3）空預器高壓沖洗水取自2號爐閉式水系統母管，沖洗過程中檢查母管壓力不低于0.5MPa。

（4）空預器電流擺動大于10A（額定電流16.5A的）時，就地檢查運行情況；電流擺動至12A時，立即停止高壓水泵退出底部高壓水槍。

（5）沖洗過程中，監視空預器出口煙道排灰管道排灰情況，發現灰量過大或灰中帶水，及時清理保證排灰暢通。

（6）嚴密監視空預器出入口溫度，沖洗過程中該側排煙溫度（或電除塵入口煙溫）降幅在20℃以內，控制該側空預器出口排煙溫度均值不低于110℃，一、二次熱風溫度不低于260℃。

（7）高壓水沖洗完畢后，應立即恢復蒸汽吹灰，避免煙道中積灰吸濕后增加煙道重量引起事故。

（8）高壓沖洗水系統一旦帶壓，冷水就進入空預器煙氣側，故巡檢進行現場操作前和吹灰槍退出到位后，重點監視氣動卸荷閥的動作情況。

沖洗相關數據如下：

由表2和實際運行情況看出：

（1）在機組負荷和鍋爐總風量基本不變的情況下，空預器電流平穩幾乎無波動，運行正常無卡澀或者摩擦現象，空預器在線水沖洗在小流量沖洗的情況下對鍋爐的空預器運行情況無明顯不利影響。但是這種方式對于受熱面是否有械破壞或者熱變形和焊縫開裂，現在還沒有相關的研究，無法得出一個準確的結論。

（2）在沖洗過程中，空預器煙氣側差壓不斷下降，A側空預器煙氣差壓由2.4kPa下降至1.5kPa，降幅達0.9kPa。B側空預器煙氣差壓由2.4kPa下降至1.2kPa，降幅達1.2kPa。數據基本達到了機組大修后機組剛開始運行的狀態，空預器在線水沖洗的效果非常好。

（3）排煙溫度的影響很小，在11∶00～14∶00進行B側空預器水沖洗后，B側排煙溫度下降了大概2℃。在15∶00～19∶00A側空預器水沖洗后，A側排煙溫度下降了大概2℃。

（4）水沖洗結束后，A側空預器二次風側差壓由1.03kPa下降至0.63kPa，減小了大約0.4kPa，B側空預器二次風側差壓由1.03kPa下降至0.66kPa，減小了大約0.37kPa。

（5）從沖洗前后的數據看，水沖洗顯著地降低了三大風機的電耗，引風機電流下降了大約60A，一次風機電流下降了大約20A，送風機電流下降大約5A，三大風機的電流總共大約下降了150A。

（6）兩側引風機動葉開度下降大約8%，這樣有效避免了在高負荷運行時引風機落入不穩定區域。

（7）從就地輸灰情況和電除塵出口的含水量看，沖洗水很快被低溫煙氣所汽化，小流量的水沖洗基本沒有影響電除塵的運行，含水量基本維持在5.5%未變，就地也未出現積灰板結輸灰不暢的情況。

大概計算一下，沖洗后三大風機的電耗下降對于機組廠用電率的影響

根據經驗公式，廠用電率每下降1%，煤耗降低3.4g/kWh；排煙溫度每下降10℃，煤耗降低1.7g/kWh。那么，此次空預器在線水沖洗后煤耗降低了3.4×0.321 ＋1.7×0.2＝1.43g/kWh。

結語

綜上所述，托克托發電公司2號鍋爐進行的空預器在線水沖洗，有效解決了空預器的堵灰，降低了三大風機的電耗和機組的煤耗，同時在沖洗過程未出現影響機組運行的情況，避免了因為停爐帶來的經濟影響，達到了安全、節能的效果。

參考文獻

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[2]馮春燕，艾鑫.鍋爐積灰分析及幾種吹灰方式的技術性比較[J].中國井礦鹽，2010（01）.

中圖分類號：TK411

文獻標識碼：A