超臨界機組脫硝改造對空氣預熱器的影響及解決措施

徐啟，潘萌萌，李喬喬

(華北水利水電大學 電力學院，鄭州 450045)

超臨界機組脫硝改造對空氣預熱器的影響及解決措施

徐啟，潘萌萌，李喬喬

(華北水利水電大學 電力學院，鄭州 450045)

以國內某電廠#4超臨界機組脫硝改造為例，分析火電機組在脫硝裝置改造中對空氣預熱器產生的影響，并且針對這一問題提出可行的解決措施，為今后國內同類火電機組脫硝裝置改造提供經驗。

超臨界機組；脫硝裝置；空氣預熱器

0 引言

近年來我國火力發電廠的污染物排放標準日益嚴格，最新頒布的GB 1323—2011《火電廠大氣污染物排放標準》中NOx排放質量濃度標準從200.0 mg/m3(標態)降低為100.0 mg/m3(標態)，幾乎全國火電機組都需進行脫硝裝置改造[1-2]。國內有些火電廠的脫硝改造項目，脫硝裝置投入運行后不久，空氣預熱器(以下簡稱空預器)的堵灰和腐蝕情況就出現惡化，致使空預器的阻力在較短時間內增加50%以上。探其根源，是由于選擇性催化還原技術(SCR)脫硝裝置的投運引起空預器的煙氣成分發生了變化，導致空預器的堵塞機理也有所變化[3]。

1 某電廠改造情況

本文以國內某電廠#4機組為例，該機組為東方鍋爐(集團)股份有限公司生產的600 MW超臨界參數變壓直流爐，在機組投運4年后，根據實際需要增加脫硝裝置進行改造。脫硝系統采用SCR，反應器布置在爐后除塵器進口煙道支架上方，層高為3.8 m，節距為8.2 mm，選用蜂窩式催化劑，還原劑采用液氨。在處理100%煙氣量、鍋爐額定出力(BRL)工況下，整個系統按照SCR入口NOx質量濃度為650.0 mg/m3(標態6%含氧量、干基)，出口NOx質量濃度為97.5 mg/m3(標態6%含氧量、干基)設計，設計脫硝效率不低于85%。反應器按“2+1”模式設計布置催化劑，初裝2層。此次改造對現有引風機進行擴容改造，但未對空預器同步進行改造，脫硝裝置投運后不久空預器即發生嚴重堵塞。

2 運行概況

該機組于2012年9月7日停機，安裝脫硝裝置與機組的接口設備并進行系統調試。9月21日，SCR反應器通煙氣運行；9月29日開始噴氨試運行；10月1日，在450.0 MW負荷下，A空預器差壓增長至1.42 kPa，B空預器差壓增長至1.52 kPa。相比9月21日，僅10 d時間，A，B空預器的差壓漲幅就達到過去10個月差壓漲幅的2倍，空預器最大差壓達到3.10 kPa，且爐膛負壓、送風量也隨著空預器的周期性旋轉而大幅波動，影響鍋爐穩定燃燒，甚至增大爐膛內爆的可能性，嚴重威脅到鍋爐的安全穩定運行[4]。

#4機組脫硝裝置通煙氣后，空預器差壓變化趨勢如圖1所示。

圖1 脫硝裝置通煙氣后空預器差壓變化趨勢

為了保證機組安全穩定運行，11月21日，#4機組停機，將2臺空預器蓄熱元件抽出爐外，徹底清除積灰；12月8日，機組啟動，450.0 MW負荷下煙氣側差壓平均降低1.15 kPa，A空預器差壓從1.84 kPa降至0.91 kPa，B空預器差壓從2.37 kPa降至1.01 kPa，清灰效果顯著。

與2011年11月清灰后、機組在300.0 MW負荷運行時的空預器差壓波動幅度相比，該次清灰波動幅度明顯增大。

3 對空預器的影響

空預器差壓增長原因主要是燃煤中硫的質量分數高。煤粉燃燒生成了SO2和SO3，其中絕大部分是SO2[5-6]。有研究表明，在有2～3層催化劑的SCR系統中，SCR出口煙氣中SO3的體積比會比入口增加約50%。根據#4機組脫硝裝置優化試驗的數據，A側脫硝反應器入口SO3體積比為3.35 μL/L(標態)，出口SO3體積比為12.02 μL/L(標態)；B側脫硝反應器入口SO3體積比為2.03 μL/L(標態)，出口SO3體積比為14.66 μL/L(標態)；煙氣流經催化劑層后，SO3體積比增加了3～6倍。煙氣中的硫酸蒸汽對受熱面金屬的影響不大，但當它在壁溫低于酸露點的受熱面凝結下來時，就會引起低溫腐蝕并且還會黏結煙氣中的灰粒子，加重堵灰，造成空預器堵塞，使煙道阻力增大，導致差壓增大。

脫硝系統煙氣分布不均，氨逃逸測量儀表僅反映局部區域氨逃逸情況。噴氨后，SO3遇到氨氣生成高黏性、液態的NH4HSO4，黏結在空預器的蓄熱片上，如此，不僅換熱效果下降，還會對空預器低溫段產生腐蝕，同時造成預熱器積灰堵塞[7]，加重壓差增大。

#4機組停止噴氨、退出脫硝反應器運行之后，A，B空預器差壓同時降低，原因如下。

(1)反應器退出后，煙氣不再經過催化劑，SO2不再向SO3轉化，空預器入口SO3體積比降低，煙氣酸露點降低，空預器堵塞速度減緩。

(2)停止噴氨后，不再繼續生成NH4HSO4，空預器堵塞速度減緩。

(3)提高排煙溫度后，空預器蓄熱元件變形減小，使積灰松動；同時，空預器經長時間強制吹灰后，堵塞情況有所好轉。

4 解決措施

解決脫硝裝置投運后空預器堵塞的問題，最優方案還是對空預器進行改造[8]，具體措施如下：將蓄熱元件改為大通道波形；改變冷端蓄熱元件高度；對冷端蓄熱元件進行表面處理，并輔以吹灰系統改造。

但是，脫硝空預器改造的工作量較大，改造前要對機組進行熱態試驗，根據試驗結果和空預器設計參數進行詳細的核算，以確定改造后的蓄熱元件波形、高度和換熱面積。由于蓄熱元件的生產加工周期耗時較長，而且必須等機組大、小修期間方可實施空預器改造，整體改造項目工期需半年左右。如果在脫硝改造時沒有同步實施空預器改造，一旦出現空預器堵塞加重的問題，必須在保持機組運行的情況下采取必要的運行調整措施，在一定程度上控制空預器堵塞加重的速度。

運行調整的基本原則如下：降低機組負荷、提高入爐煤熱值，減少煙氣中飛灰質量濃度；降低入爐煤種硫的質量分數，降低煙氣酸露點；提高排煙溫度到大于酸露點。

以該廠#4機組控制空預器堵塞速度為例，采取的應對措施[9]如下。

(1)調整空預器脫硝裝置。關閉#4鍋爐A，B側噴氨手動門，退出#4機組爐脫硝反應器；旁路擋板先開啟3%左右，運行10 min后，開至5%，隨后每隔10 min開啟5%，當開度>50%后全開；關閉反應器進口擋板，30 min后關閉反應器出口擋板；停運稀釋風機。脫硝裝置退出運行期間，除空預器跳閘外，禁止操作脫硝旁路擋板，投運脫硝反應器時，要先開啟出口擋板，啟動稀釋風機，手動開啟反應器入口擋板5%左右，待催化劑溫度達標后，再逐漸開大入口擋板，嚴格按照規程要求控制反應器溫升。

(2)減少尾部受熱面積灰。在運行調整期間，控制機組負荷在300.0～450.0 MW內；爐膛吹灰頻率降為3 d1次；暫停省煤器蒸汽吹灰和聲波吹灰，減少煙氣中灰量。在爐膛和脫硝反應器吹灰間隙，投入空預器連續吹灰，吹灰壓力設定2.5 MPa。

(3)減輕空氣預熱器低溫腐蝕。調整配煤方案，#4機組盡量上低硫、高熱值的煤種，降低煙氣中SO2和飛灰質量濃度，降低煙氣酸露點。330.0 MW負荷以下時，減小B側送風機和一次風機出力，增加B側引風機出力，使B側排煙溫度>130 ℃，在空預器電流不超過19 A及送風機、一次風不喘振的情況下，盡量將排煙溫度調整到140 ℃。若空預器電流大小超限，立即松開B空預器軸向密封增大間隙，并做好標記，疏通結束后，再將軸向密封間隙恢復正常。空預器電流超過23 A應減小兩側風機出力偏差，檢查空預器扇形板提升裝置，避免空預器電流迅速攀升導致跳閘。330.0 MW負荷以上時，根據屏式過熱器、高溫過熱器出口溫度偏差情況，按上述第2條措施盡量提高排煙溫度來減輕空預器的堵灰程度。提高空氣預熱器壁溫，調整暖風器供汽量，維持B空預器入口二次風溫25～40 ℃，提高冷二次風溫。

(4)控制再熱蒸汽溫度，調整再熱器煙氣調節擋板開度達到80%以上，再熱汽溫超限時投入事故減溫水。

#4機組采取以上措施1周后，空預器堵塞情況明顯好轉，A，B空預器平均差壓從2.80 kPa降低至1.71 kPa，效果良好。

5 結束語

本文以國內某電廠#4機組為例，根據機組實際運行參數，梳理脫硝裝置投運前后空預器堵塞的變化趨勢，從機組燃煤等自身條件和脫硝裝置兩方面分析原因，論證脫硝裝置對空預器的影響并提出了相應的解決措施。針對空預器未與脫硝裝置同步進行改造的情況，提出了相應的運行調整措施，經實踐考驗，效果良好，為類似機組的改造運行提供了借鑒。

[1]火電廠大氣污染物排放標準：GB 13223—2011[S].

[2]韓文科.煤電超低排放:機遇與挑戰[J].環境保護,2016,44(8):39-41.

[3]鐘禮金，宋玉寶.鍋爐SCR煙氣脫硝空氣預熱器堵塞原因及其解決措施[J].熱力發電,2012,41(8):45-47,50.

[4]程星星，金保升，仲兆平，等.SCR脫硝裝置對鍋爐系統整體的影響理論分析[J].鍋爐技術,2010,41(2):26-28,50.

[5]周強泰.鍋爐原理[M].北京:中國電力出版社,2009.

[6]韓東，郝海平，米自君.SCR脫硝技術在滄東電廠#4機組中的應用[J].能源環境保護，2014，28(1)：35-38.

[7]張樹利，董務明.加脫硝裝置的空預器堵灰原因分析及對策[J].熱電技術，2014(1):12-16.

[8]尹進.1 000 MW超超臨界機組同步脫硝空氣預熱器優化[J].科技視界,2011(25):87-88.

[9]惠潤堂，韋飛，王寶德，等.SCR法煙氣脫硝后空氣預熱器堵塞及應對措施[J].中國電力，2014，47(10):110-112.

(本文責編：劉炳鋒)

2016-09-02；

2017-03-09

TK 223.3

B

1674-1951(2017)04-0066-02

徐啟(1977—) ，男，河南上蔡人，副教授，工學碩士，從事動力工程、火電廠運行控制的研究(E-mail:13526672728@139.com)。