鍋爐脫硝改造后空預器差壓增大原因分析及措施

張棟

摘 要：鍋爐脫硝改造后初期運行正常，但在一定時間后會出現空預器差壓值異常上升、鍋爐總風量降低、引風機電流大幅升高的情況，普通的措施無法使得空預器差壓值恢復到正常水平，因此本文對空預器差壓增大的原因及解決措施進行了深入研究。

關鍵詞：鍋爐;脫硝;空預器;差壓值增大

中圖分類號：F124.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0147-02

1 鍋爐設備改造概況

1.1 鍋爐設備概況

我廠鍋爐設備采用亞臨界參數汽包爐，燃燒方式屬于四角切向，可以一次中間再熱，利用單爐膛平衡通風、采用固態排渣的方式，鍋爐整體采用全鋼構架設計，并且配置了五臺ZGM95型中速輥式磨煤機，兩臺容克式三分倉回轉式空氣預熱器，兩臺動葉可調軸流式引風機，兩臺動葉可調軸流式送風機，二臺離心式一次風機。

1.2 脫硝改造情況

為響應國家環保相關要求，確保完成“十二五”氮氧化物減排任務，有效控制氮氧化物排放，加快推進火電機組煙氣脫硝設施建設。我廠1、2號機組分別于2013年完成了脫硝改造工程，脫硝裝置采用選擇性催化還原（Selective Cataletic Reduction，簡稱：SCR）法全煙氣脫硝，脫硝裝置反應器布置于鍋爐省煤器出口與空預器之間，為高粉塵布置，脫硝裝置采用氨作為還原劑，其供應采用液氨供應系統。改造后機組運行良好，各項參數均達到設計的要求。

但是在改造完成后的生產運行中，出現了一些意料之外的異常情況，先開始鍋爐空預器的差壓始終都還保持穩定處于正常水平，但是一段時間之后發現之前一直處于正常水平線的空預器差壓值開始大幅度上升，鍋爐的最大總風量降低，各風機耗電量開始大幅升高，并且通過一些常規的補救措施，比如提高空預器冷端溫度、改變空預器吹灰循環方式等，都只能使得空預器的差壓異常增大趨勢減緩，不能有效恢復到正常水平，因此本文對鍋爐脫硝改造后空預器差壓增大原因及措施進行了深入的分析。

2 空預器差壓增大的危害以及原因分析

2.1 空預器差壓增大的危害

在具體分析空預器差壓異常上升的原因之前，對差壓增大可能導致的一些危害進行總結，證明空預器差壓值對鍋爐及空預器正常工作的重要性。差壓增大最直接的后果就是使得空預器堵灰及腐蝕，進一步造成空預器出口一、二次風溫降低，從而使得排煙溫度升高，極大影響了鍋爐效率。隨著運行時間的增長，硫酸氫銨、水蒸氣、硫化氣體會在空預器蓄熱元器件上慢慢聚集，到達一定的濃度之后發生化學反應造成元件的腐蝕，使得空預器換熱功能受到影響，同時會極大程度的破壞受熱面的光潔度，這又會增加被破壞面的積灰程度，空預器的使用壽命極大地縮短。

鍋爐運行中如果空預器差壓不斷增加的話還會引起煙氣阻力的不斷增大，煙氣阻力的增大就會直接造成引風機電耗量的上升，并且引風機會有失速的可能性。最后，如果空預器中積灰分布不均勻的話，會產生局部碰撞摩擦的惡劣現象，這會在極端的情況下導致一次風壓、二次風壓、爐膛負壓均波動幅度增大，影響鍋爐的運行安全。

2.2 空預器差壓增大的原因分析

2.2.1 含硫和氮氧化物的化學成分導致空預器堵灰

回轉式空預器的受熱面是使用厚度為0.5mm的鋼板軋制而成的波紋板，然后再疊壓在一起最后組裝而成，由于氣體分配的流動管道相較而言比較狹窄，因此很容易發生積灰現象。空預器的積灰大多都是由于硫酸氰胺和鍋爐燃燒過程中產生的灰塵的混合物粘附在空預器的加熱表面發生一定的化學反應引起的。燃煤過程中產生的管道流通氣體中包含大量的硫化物，在脫硝的過程中會出于各方面的因素造成大量氨逃逸的現象，這些大量逃脫的氨只要遇上硫化物就會迅速反應生成硫酸氰胺，這就是鍋爐中硫酸氫銨出現的原因。硫酸氫鹽在150-200攝氏度的溫度范圍內通常是呈液態存在的，中等酸性，具有高粘度性。如果低于此溫度，它將變成固體，空預器的中端和冷端恰巧就提供了這樣一個溫度環境，大量并且不斷生成積累的液體氰胺硫酸鹽將會極為頑固附著在空預器的中端和冷端，造成空預器內部氣體不能正常流通，并且出現空預器的腐蝕現象。當發生這種現象時，緊接著整個空預器的積灰迅速增加，并且不斷地惡化。最終造成空預器無法正常工作，影響整個鍋爐的安全運行。

2.2.2 空預器煙氣入口流場分布變化

SCR煙氣脫硝系統的存在會在一定程度上使得空預器煙氣入口流場分布受到影響，而該位置的流場分布往往會對空預器的許多特性產生影響，舉例而言，當流場分布不合理的時候，空預器的傳熱、阻力、磨損、腐蝕和堵灰特性都會朝著更壞的方向發展，因此空預器煙氣入口流場分布變化也是差壓值異常增大的重要原因之一。

2.2.3 空預器冷端綜合溫度低

空預器的最低冷端綜合溫度控制往往在實際運行中部分時段可能無法滿足設計值要求。當冬季或低負荷情況下空預器冷端的綜合溫度就經常低于設計值。而硫酸氫氨是以液態形式存在于一定溫度的范圍內，當溫度過低時液態氨硫酸氫與煙氣中的粉煤灰顆粒混合，煙氣通過空氣預熱器時，波紋前的蓄熱元件逐漸積累灰塵，形成高度冷凝的積灰。 因此可以看到空預器冷端綜合溫度低，也是造成空預器差壓增加的原因之一。

2.2.4 機組長期負荷低，氨氣逃逸量大

機組在長期處于低負荷運行時，脫硝入口NOx濃度較高，為控制環保參數排放達標，噴氨量較平時增大，其逸出量也相應增大。NH3和SO3的濃度相對較高，氨和硫酸的反應產生的硫酸氫銨或硫酸銨比平時工作狀態將會多得多。此時，如果空預器的冷端綜合溫度較低，煙道氣中的液態硫酸氫氫氨與飛灰顆粒結合形成非常粘稠的融鹽狀積灰，并堵塞空預器，差壓值將在短時間內會迅速增加。

2.2.5 空預器蒸汽吹灰疏水不徹底

我廠在空預器吹灰時，保持吹灰母管壓力在1.2MPa左右，1.2MPa所對應的飽和溫度為187.96攝氏度，在吹灰時要求充分疏水，疏水溫度在200攝氏度以上時方可進行空預器吹灰。如果空預器吹灰蒸汽疏水不徹底，有可能造成大量水汽進入，進一步加劇蓄熱片粘灰。

3 空預器差壓增大的解決措施

3.1 空預器水沖洗

在空氣預熱器中增加一個沖洗裝置，以降低機組運行期間空預器的阻力，并確保鍋爐安全穩定運行。空預器沖洗裝置的結構設計與工作相對簡單，增加了一個20MPa的揚程和一個輸出量為8t/h的沖洗水泵，水源選擇工業用水。空預器下部雙介質吹灰器就可以實現空預器系統的水沖洗，并利用煙氣側煙道的底部排水口來排出沖洗水。通常情況下水沖洗方法有兩種不同的方式，各有其優點和缺點，下面分別對兩種方法進行介紹。

離線式水沖洗方法是將機組負載控制在50%額定負荷左右，關閉沖洗側空預器入口煙氣擋板，控制空預器進行低速運行，使得沖洗側排煙溫度能夠得到有效控制，需要格外關注的是在沖洗過程中沖洗側排煙溫度較低應加強對電除塵的參數監視，防止造成過大影響。每次沖洗時間控制在20小時左右。在沖洗過程中，應定期觀察會不會有水或泥漿溢出現象，這樣做的原因是為了防止噴嘴出口堵塞，同時應安排人員對沖洗泵入口過濾器壓差進行持續監控，如果超過了0.15MPa需及時進行清理，也可以通過設置壓力傳感器來實現自動報警。此外在沖洗過程中要仔細監視空預器的壓差，電流和二次風量等參數，避免參數越限。離線式水沖洗方法的優點是沖洗更加徹底，能夠有效地降低煙道氣阻力。缺點是對機組負荷有限制，并且由于煙氣側擋板是封閉的，因此沖洗側的煙氣溫度較低，只能維持在60攝氏度左右，沖洗時間不能過長，防止沖洗側電除塵電場絕緣發生劣化現象。

在線水沖洗方法不需要關閉沖洗側空預器入口處的煙氣擋板，也沒有額外的機組負荷限制，只需適當提高沖洗側排煙溫度后就可直接啟動沖洗水泵，對空預器進行單側沖洗，注意事項與離線清洗相同。在線沖洗方法的優點是機組負荷不受限制，無需更多措施。同時沖洗側的煙溫較高，可以保持在120攝氏度以上，沖洗時間可以更長，也不必擔心會降低沖洗側的電場絕緣。然而缺點是受高溫煙氣影響，沖洗不夠徹底。

3.2 空預器在線高溫熱熔

空預器的差壓升高通常都是由于由于硫酸氰胺和鍋爐燃燒過程中產生的灰塵的混合物粘附在空預器的加熱表面發生一定的化學反應后凝固引起的，并且硫酸氫鹽在150-200攝氏度的溫度范圍內通常是呈液態存在的。所以通過試驗我們發現，機組運行中通過對鍋爐燃燒調整將單側排煙溫度提高至160攝氏度以上維持運行，通過對硫酸氰胺等混合物質進行高溫熱熔能夠有效的降低該側空預器的差壓。但對空預器進行高溫熱熔時應加強空預器吹灰及尾部煙道溫度變化，防止發生尾部煙道二次燃燒。

4 結語

本文首先對鍋爐設備概況以及脫硝改造進行了介紹，說明了研究的背景，緊接著對空預器差壓值異常增大的危害以及重要性進行了說明，然后對鍋爐脫硝改造后空預器差壓值增大的原因進行了詳細分析，并試驗了兩種能夠有效緩解差壓值增大問題的方法措施，比較了其優缺點。

參考文獻

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