660MW燃煤鍋爐空預(yù)器堵塞原因及處理技術(shù)研究

王磐?├盥計?

摘 要：隨著環(huán)保要求越發(fā)嚴(yán)格，火力發(fā)電廠陸續(xù)對環(huán)保設(shè)施進(jìn)行改造，增加了脫硫、脫硝設(shè)備，其中大部分脫硝設(shè)備采用SCR催化還原法脫硝。但SCR脫硝系統(tǒng)運行過程中會產(chǎn)生粘性大、腐蝕性強(qiáng)、液態(tài)的NH4HSO4，易捕捉煙氣中的飛灰，引起空預(yù)器的堵塞和腐蝕，影響機(jī)組穩(wěn)定運行。本文對空預(yù)器蓄堵塞原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，根據(jù)實際情況，提出了幾個解決方案：提高排煙溫度、增加送風(fēng)機(jī)暖風(fēng)器等等。

關(guān)鍵詞：SCR脫硝；NH4HSO4；空預(yù)器堵塞

Abstract：With the increasingly stringent environmental requirements， thermal power plants have been on the transformation of environmental protection facilities， an increase of desulfurization， denitrification equipment， most of which denitrification equipment using SCR catalytic reduction denitrification.But the SCR denitrification system will produce a large viscosity during the operation， corrosive， liquid， easy to capture the flue gas in the fly ash， causing the air preheater and corrosion， affecting the unit stable operation.The air preheater storage clogging are analyzed， according to the actual situation， put forward several solutions： improve the exhaust gas temperature，increase the regenerative blower heater etc.

Key words： SCR denitrification； NH4HSO4； Air preheater blockage

火力發(fā)電廠在發(fā)電的同時，也產(chǎn)生了大量污染物。由于國家對環(huán)保的愈發(fā)重視，對于各類污染物的排放進(jìn)行嚴(yán)格控制。在2014年國家新修訂的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB/132712014）》中，對于污染物排放要求進(jìn)一步加強(qiáng)。其中燃煤鍋爐二氧化硫、氮氧化物、顆粒物排放濃度限值分別為200mg/m3、200mg/m3、30mg/m3[1]。為了應(yīng)對環(huán)保要求，火力發(fā)電廠陸續(xù)對機(jī)組進(jìn)行了環(huán)保改造，增加了脫硫、脫硝設(shè)備，以降低污染物排放。在脫硝改造中，國內(nèi)大部分火電廠脫硝采用SCR催化還原法脫硝[23]。

目前，當(dāng)屬SCR脫硝技術(shù)在國外應(yīng)用較為普遍。SCR 脫硝裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、脫硝效率高、運行可靠、便于維護(hù)等優(yōu)點[4]。隨著催化劑性能的改進(jìn)和反應(yīng)操作條件的優(yōu)化，SCR 技術(shù)日趨成熟，在我國也得到日益廣泛的應(yīng)用。但SCR脫硝系統(tǒng)運行過程中會產(chǎn)生粘性大、腐蝕性強(qiáng)、液態(tài)的NH4HSO4，易捕捉煙氣中的飛灰，引起空預(yù)器的堵塞和腐蝕，影響機(jī)組穩(wěn)定運行。

空預(yù)器發(fā)生堵塞后，會引起爐膛負(fù)壓波動增大，也會導(dǎo)致空預(yù)器的煙氣側(cè)、一次風(fēng)、二次風(fēng)側(cè)的進(jìn)出口壓差增加。堵塞嚴(yán)重時會造成空預(yù)器漏風(fēng)系數(shù)增大，兩邊的排煙溫度溫差增大，鍋爐排煙損失增加。在這種情況下運行時，引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)電流變大，耗電量增加，甚至有可能造成風(fēng)機(jī)失速進(jìn)而風(fēng)機(jī)跳閘引起鍋爐RB動作，對火電機(jī)組安全穩(wěn)定的運行造成威脅[56]。

有資料表明，某電廠660MW燃煤發(fā)電機(jī)組在正常運行1年后，由于空預(yù)器堵塞，空預(yù)器壓差由設(shè)定值1.2kPa上升至3.5kPa左右，排煙溫度上升了20℃，空預(yù)器出口風(fēng)溫降低10℃，送風(fēng)機(jī)電流增加了40A，引風(fēng)機(jī)電流增加了120A，一次風(fēng)機(jī)電流增加了20A，這些數(shù)據(jù)都在表明空預(yù)器堵塞對機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性造成嚴(yán)重影響。

上述表明，空預(yù)器的堵塞對機(jī)組的安全穩(wěn)定運行造成了嚴(yán)重威脅。分析研究空預(yù)器堵塞的原因，減少空預(yù)器的堵塞對于機(jī)組的安全有著重要意義。對此，本文將對空預(yù)器堵塞的原因進(jìn)行分析提出空預(yù)器堵塞故障的治理措施，保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行，對火力發(fā)電企業(yè)具有指導(dǎo)性和借鑒性。

1 空預(yù)器堵塞故障研究進(jìn)展

空預(yù)器堵塞故障機(jī)理研究。

根據(jù)實驗分析可知，空預(yù)器堵塞物中大多是NH4HSO4為主的混合物。NH4HSO4的產(chǎn)生主要來源于火電廠脫銷系統(tǒng)的投運。目前，國內(nèi)大部分電廠采用的是SCR法對煙氣脫硝。SCR法是指在催化劑的作用下，還原劑（NH3或者尿素等）有選擇性的與煙氣中的NOX反應(yīng)并生成環(huán)境友好的N2和H2O。SCR脫硝裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、脫硝效率高、運行可靠、便于維護(hù)等優(yōu)點[78]。隨著催化劑性能的改進(jìn)和反應(yīng)操作條件的優(yōu)化，SCR技術(shù)日趨成熟，在我國也得到日益廣泛的應(yīng)用。

在以氨為還原劑的典型SCR反應(yīng)條件下，其主要化學(xué)反應(yīng)為[9]

但是，還原劑（NH3或者尿素等）在煙氣脫硝的同時，也會產(chǎn)生副產(chǎn)品NH4HSO4，其主要化學(xué)反應(yīng)為：

目前，空預(yù)器堵塞已經(jīng)成為火電廠運行中普遍存在的問題，空預(yù)器堵塞不僅降低電廠運行的經(jīng)濟(jì)性，也對機(jī)組的安全運行造成危害，因此，研究空預(yù)器堵塞的原因，找出空預(yù)器堵塞的解決方案，成為迫在眉睫的任務(wù)。

2 空預(yù)器堵塞的原因分析

空預(yù)器堵塞原因很多，主要有以下幾個方面原因：

（1）機(jī)組啟停。

機(jī)組在啟停過程中，排煙溫度長時間處于低溫（7080℃）狀態(tài)，在這種溫度下，煙氣中的NH4HSO4會在空預(yù)器冷端結(jié)露，吸附煙氣中的飛灰，形成混合物后積聚在空預(yù)器的蓄熱片上，堵塞空預(yù)器。此外，在機(jī)組啟動過程中，鍋爐本體溫度較低，鍋爐燃燒不充分，大量的煤粉未燃盡就隨著煙氣排出鍋爐。這種煤粉很容易殘留在空預(yù)器上，引起尾部煙道自燃。為了保證鍋爐運行安全，運行要求在機(jī)組啟動初期投入空預(yù)器吹灰。但是在鍋爐燃燒初期，吹灰用的輔助蒸汽溫度低，濕度大，很容易使水蒸氣在空預(yù)器熱端凝結(jié)，粘結(jié)飛灰，造成空預(yù)器煙灰堵塞。

（2）煤質(zhì)影響。

寶慶電廠燃煤鍋爐設(shè)計燃用當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤和煙煤的混煤，設(shè)計煤種的混煤比列為7：3，其中無煙煤揮發(fā)分Vdaf=7.5%，燃燼指數(shù)為22.5，沖刷磨損指數(shù)為14.0。混煤中灰的主要成分SiO2為62.22%，CaO為1.29%，Na2O為0.5%，K2O為1.61%。然而實際上燃用煤種變化較大，含硫量在0.35%2.5%之間變化，入爐煤含硫量高、水分高，造成煙氣中SO2含量增大，NH4HSO4在空預(yù)器冷端的酸露點溫度也越高。當(dāng)酸露點溫度高于排煙溫度時，空預(yù)器冷端就會發(fā)生積灰堵塞和低溫腐蝕的情況。因此，根據(jù)機(jī)組運行情況調(diào)整鍋爐燃燒時不同煤種摻配比例額，降低鍋爐入爐煤硫份，可以提高排煙溫度，減少空預(yù)器的堵塞。

（3）排煙溫度偏低。

一般情況下，NH4HSO4的露點為120 ℃。在煙氣中結(jié)露后以液體形式在物體表面聚集或者是以液滴形式分散于煙氣中。液態(tài)的NH4HSO4是一種具有粘結(jié)性與腐蝕性的物質(zhì)，很容易在空預(yù)器與飛灰混合后積累在空預(yù)器中，堵塞空預(yù)器。表1為2016年#1機(jī)運行時鍋爐部分參數(shù)：

當(dāng)機(jī)組運行時排煙溫度低于NH4HSO4酸露點溫度，煙氣中的NH4HSO4就會結(jié)露，再進(jìn)

一步吸附煙氣中飛灰，形成粘附性混合物，積聚在空預(yù)器蓄熱片上，導(dǎo)致空預(yù)器出現(xiàn)積灰和堵塞。

火電機(jī)組運行中，空預(yù)器是重要的傳熱元件。其主要作用是將鍋爐尾部煙道中的煙氣中攜帶的熱量，通過散熱片傳導(dǎo)到進(jìn)入鍋爐前的空氣中，將空氣加熱到一定的溫度。若是尾部煙道煙氣溫度較低，或者是空氣溫度較低，在經(jīng)過空預(yù)器熱量傳遞后，排煙溫度會進(jìn)一步降低，甚至低于NH4HSO4露點溫度。產(chǎn)生大量的液態(tài)NH4HSO4，與飛灰混合后堵塞空預(yù)器。

特別是在冬季機(jī)組運行時，環(huán)境溫度、尾部煙道溫度都相對較低，使得排煙溫度也長期處于較低水平，大量的NH4HSO4結(jié)露堵塞空預(yù)器。根據(jù)表1資料表明，#1機(jī)在負(fù)荷從660MW到330MW時，兩側(cè)排煙溫度整體呈下降趨勢，如圖3所示：

圖2 #1機(jī)排煙溫度趨勢圖

大部分情況下，#1機(jī)排煙溫度110～130℃左右。這種情況下機(jī)組負(fù)荷稍微有所波動，排煙溫度就會低于NH4HSO4結(jié)露溫度，粘附在空預(yù)器上，堵塞空預(yù)器。堵塞較為嚴(yán)重時，一次風(fēng)側(cè)的壓差最大可達(dá)1.56kPa，對機(jī)組的安全運行造成嚴(yán)重威脅。

（4）脫硝系統(tǒng)投運。

SCR脫硝系統(tǒng)投運后，為了保證脫硝效率，消耗的NH3往往大于脫硝反應(yīng)的理論要求，這就使得有少量的NH3隨著煙氣流向至煙囪排放出去。

脫硝系統(tǒng)運行中，煙氣中過量的NH3會和SOX在SCR反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成氣態(tài)的NH4HSO4。此外隨著運行時間的增加、入爐煤中部分雜質(zhì)等因素影響等，SCR催化劑活性在逐漸下降，煙氣脫硝效率降低、脫硝消耗的液氨增加，造成氨逃逸率增大[2024]。

寶慶電廠SCR脫硝系統(tǒng)主要以SCR出口煙氣NOX含量為控制標(biāo)準(zhǔn)。實際運行中，該測點測量值與實際值存在一定偏差，導(dǎo)致表1中兩側(cè)噴氨量也存在著偏差。該偏差隨著運行時間，負(fù)荷的關(guān)系逐漸增大，最大偏差達(dá)10.7%。機(jī)組運行期間長時間兩側(cè)噴氨不均勻，不僅不利于機(jī)組脫硝，還會導(dǎo)致兩側(cè)煙氣流通不一致、兩側(cè)空預(yù)器堵塞不一致，兩側(cè)一次風(fēng)壓差變大，鍋爐燃燒環(huán)境變差，嚴(yán)重時會導(dǎo)致爐膛負(fù)壓大幅度波動，甚至MFT至停機(jī)。

為保證煙氣排放的環(huán)保要求，只能加大噴氨調(diào)節(jié)系數(shù)，增大噴氨量，造成機(jī)組#2SCR運行中噴氨長期大于#1SCR，空預(yù)器B的壓差也明顯高于空預(yù)器A。

（5）低負(fù)荷運行。

資料表明，SCR脫硝反應(yīng)合適溫度要求控制在在310～420℃之間，最佳反應(yīng)溫度為380℃左右，當(dāng)溫度過高或者過低時，脫硝催化劑效率都會有所下降。寶慶電廠#1機(jī)組為660MW火電燃煤機(jī)組，機(jī)組負(fù)荷日夜波動較大，鍋爐燃燒情況復(fù)雜。圖2表明，在機(jī)組低負(fù)荷運行時，排煙溫度明顯下降趨勢。圖3圖4表明，低負(fù)荷運行時，#1、#2 SCR流量偏差也增大。這主要由于當(dāng)機(jī)組處于400MW負(fù)荷以下運行時，燃燒器燃燒效果減弱，燃燒時氧量偏大，燃料型生成的NOX增加。此外，鍋爐燃燒并不是完全對稱的，相對來說，B側(cè)的NOX高于A側(cè)，使得脫硝過程中A、B兩側(cè)噴氨量存在偏差。

同時SCR催化劑區(qū)域的溫度較低（320℃左右），脫硝催化劑活性下降，脫硝反應(yīng)效率降低。此時為了保證脫硝出口含量不超標(biāo)，只能增加噴氨量，兩側(cè)噴氨量偏差增大，導(dǎo)致氨逃逸率增大，增加了NH4HSO4的生成量。同時，當(dāng)催化劑層溫度處于300℃時候，在同一催化劑的作用下，另一副反應(yīng)也會發(fā)生：

2SO2+O2=2SO3

NH3+H2O+SO3=NH4HSO4

生成的NH4HSO4會粘結(jié)在催化劑層，堵塞空預(yù)器。因此，只有當(dāng)煙氣溫度處于310～420℃之間時，才允許投SCR脫硝系統(tǒng)。

3 改進(jìn)措施

（1）提高空預(yù)器排煙溫度。

有資料表明，若煙氣側(cè)的空預(yù)器冷端綜合溫度若高于露點溫度，則低溫腐蝕導(dǎo)致的空預(yù)器堵塞一般不可能發(fā)生，NH4HSO4也不會在空預(yù)器冷端結(jié)露。對于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，空預(yù)器冷端綜合溫度Tk可由下式近似計算[ 10]：

機(jī)組原設(shè)計中采用熱風(fēng)再循環(huán)來提高空預(yù)器的進(jìn)口風(fēng)溫，然而實際在冬季環(huán)境溫度較低時，空預(yù)器冷端綜合溫度低于設(shè)計要求。2012、2013年空預(yù)器發(fā)生堵塞時候，空預(yù)器A排煙溫度為97.75℃、106.37℃，冷端綜合溫度平均值為116.26℃、124.43℃，空預(yù)器B排煙溫度116.64℃、128.57℃，冷端綜合溫度平均值為134.85℃、146.31℃。兩側(cè)空預(yù)器冷端綜合溫度偏差較大，空預(yù)器A的冷端綜合溫度大幅低于設(shè)計值140℃。這種情況下，表明空預(yù)器A存在較為嚴(yán)重的堵塞。尤其當(dāng)鍋爐在負(fù)荷較低，環(huán)境溫度較低情況下，更易形成低溫腐蝕，造成空預(yù)器堵塞。

因此，提高空預(yù)器排煙溫度，保持空預(yù)器冷端的NH4HSO4處于氣態(tài)，可以減少空預(yù)器堵塞。根據(jù)寶慶電廠機(jī)組燃燒用煤的含硫量情況，運行要求鍋爐排煙最低溫度大于120℃，高于NH4HSO4的露點溫度，減少空預(yù)器堵塞。在燃煤種類變化較大時，應(yīng)密切注意相關(guān)參數(shù)變化，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

（2）增加暖風(fēng)器，提高進(jìn)口空氣溫度。

寶慶電廠地處湖南省邵陽市雨溪橋鎮(zhèn)，典型中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。冬季時候平均氣溫為5℃左右，最低溫度在0℃左右。此時送風(fēng)機(jī)口空氣溫度較低，造成空預(yù)器冷端溫度較低，對機(jī)組運行造成很大影響。根據(jù)公式（1）可知，提高進(jìn)口空氣溫度，也可以提高空預(yù)器

冷端綜合溫度，減少空預(yù)器堵塞。

為此，在2015年新增了送風(fēng)機(jī)暖風(fēng)器。該暖風(fēng)器采用輔汽供熱加熱送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫，可以提高空預(yù)器進(jìn)口空氣溫度效果如表3所示：

4 總結(jié)與展望

目前在我國的火電廠中，普遍存在鍋爐空預(yù)器堵塞和低溫腐蝕。雖然在設(shè)計過程中充分考率如何預(yù)防空預(yù)器堵塞和防低溫腐，但實際運行中，依然可能會因各種原因?qū)е驴疹A(yù)器發(fā)生堵塞現(xiàn)象。對于已發(fā)生了空預(yù)器堵塞，我們應(yīng)采取適當(dāng)措施保證堵塞不在惡化：提高排煙溫度、送風(fēng)機(jī)出口溫度，減少入爐煤含硫量、氨逃逸率等等。這些方案我們需要根據(jù)實際情況，反復(fù)的實踐、論證，不斷的改善、修正，在實際運行中驗證效果，為改善空預(yù)器堵塞問題而不斷的努力。

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作者簡介：王磐（1989），男，湖南邵陽人，本科，助理工程師，火電機(jī)組運行。