如何降低空氣預熱器運行中出入口差壓

大唐彬長發電有限責任公司 陜西 咸陽 713602

1 引言

空氣預熱器是火力發電廠的重要設備。它的主要功能是利用鍋爐尾部的煙氣熱量來加熱燃燒所需的空氣從而進行熱量交換的設備。由于它在煙氣溫度最低的區域工作，因此可以回收煙霧氣體的熱量，降低了排氣溫度并減少了排氣的熱損失，從而提高了鍋爐效率。與此同時，燃燒空氣溫度的升高有利于燃料，并減少了不完全燃燒的損失。空氣預熱器的壓差是空氣預熱器運行中的重要監控參數。空氣預熱器的壓差可以反映空氣預熱器內部灰分的積聚和內部熱交換器元件的堵塞情況。如果空氣預熱器的壓差太大，則空氣預熱器出口處的一次和二次空氣溫度將降低，鍋爐排氣溫度將升高，鍋爐效率將降低，這將導致引風機的功耗增加，并容易導致引風機失速。在嚴重的情況下，引風機，鼓風機和主風扇會起風或風扇跳閘，這會影響設備的安全。

2 空氣預熱器運行現狀調查

做調查的公司使用的是上海鍋爐廠空氣預熱器公司生產的容克型三分倉空氣預熱器。該設備的傳熱元件由波浪形的金屬薄板和定位板組成，該金屬薄板和定位板彼此疊置緊密的排列在籃子框架中，行程了一個密制的傳熱面。其傳熱原理是通過轉子的連續旋轉，緩慢地攜帶傳熱元件進行旋轉。傳熱元件從煙氣側的熱煙氣吸收熱量，并且通過轉子的旋轉，連續不斷的把已經加熱的傳熱元件中的熱量傳遞到來自空氣側的冷空氣中，從而加熱空氣。

該公司的脫硝系統采用的是氨的選擇性催化還原方法。經過環保的超低排放改造后，隨著氨注入量的增加和設備使用壽命增的加，空氣預熱器進出口差壓在正常運行的過程中有明顯的上升趨勢。與以前的操作相比，滿負荷宮鎖狀況下的空氣預熱器差壓最高可以達到2.1KPa，這遠遠高于設計要求的滿載不大于1.1KPa，排氣的溫度也升高了11度，引風機的電流也隨之上升20A，對設備長期安全運行和公司的穩定運行和經濟增長產生了很大的影響。

3 空氣預熱器運行問題產生的原因分析

空氣預器液態硫酸氫氨附著在表面和積灰堵塞是空氣預熱器出入口差壓增大的主要原因，而造成空氣預熱器積灰嚴重的原因主要有以下幾個方面：(1)空氣預熱器入口空氣動力場分布變化。因為煙氣在空氣預熱器當中流速十分緩慢，無法達到煙氣流速的設計值。當煙道氣通過空氣預熱器時，會引起灰分積聚；同時，由于氣流的干擾，煙氣中攜帶的煙灰顆粒會沉積在受熱面上，形成疏松的煙灰堆積層。(2)空氣預熱器吹灰效果不好。因為空氣預熱器吹灰器的設計壓力，無法去除已經附著在空氣預熱器表面上的硫酸氫銨，同時由于設備的缺陷使假吹灰無法達到預期的效果。這就導致空氣預熱器中吸附的灰塵吹無法及時清理，使空氣預熱器中的灰分積累逐漸增加，導致空氣預熱器阻塞，最終使更多煙氣中的灰塵留在空氣預熱器中，這嚴重阻礙了煙氣的流動。使空氣預熱器入口壓差逐漸增大。(3)低溫腐蝕。硫燃燒產生二氧化硫，在催化劑的作用下，二氧化硫被進一步氧化形成三氧化硫。煙道中的三氧化硫和水蒸汽相互作用優惠生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽的存在顯著增加了煙氣的露點。因為空氣預熱器中的空氣溫度低，所以預熱器部分的煙氣溫度不高，并且壁溫通常低于煙氣的露點。這樣，硫酸蒸汽將凝結在空氣預熱器的加熱表面上。由于酸的腐蝕性，導致預熱器的儲熱元件的表面受到腐蝕不再光滑，從而為煙道中的灰塵堆積創造了更有利條件。(4)氨逃逸率超標。空氣預熱器中的灰分阻塞是由硫酸氫氨和附著在空氣預熱器加熱面上的灰分的混合物引起的。由于在煤燃燒過程中產生的煙道氣包含硫化物等，并且注入爐中的氨氣不可能與煙道氣中的NOx完全反應，并形成氨逃逸。逸出的氨與煙氣中的水蒸氣和SO3反應形成氨硫酸氫。呈鼻涕狀的硫酸氫氨會附著在空氣預熱器熱交換元件的表面上。當煙氣中的灰塵通過空氣預熱器的熱交換元件時，會被硫酸氫氨不斷地卡住，這就會阻塞空氣預熱器的內部，壓差也會隨之會增加。(5)空氣預熱器冷端綜合溫度低。硫酸氫氨在150-200℃的溫度范圍內是液體，在150℃以下責呈固體形式。液體硫酸氫氨是一種具有極強粘度的呈鼻涕狀的流體物質。很容易沉積在空氣預熱器的熱交換元件表面上，并且將煙灰捕集在煙道氣中，加劇了熱交換元件的灰分阻塞。而在空氣預熱器的中低溫區域，在該溫度區域形成非常粘的熔融鹽狀沉積物。(6)煤質含氮、硫量過高。當燃料類型的NOx較高時，氨的噴射量隨之增加。逸出的氨更多的與硫酸反應生成硫酸氫銨或硫酸銨。液態硫酸氫氨與煙氣中的粉煤灰顆粒混合，當煙氣流過空氣預熱器管道時，逐漸在空氣預熱器的儲熱元件上沉積，形成具有強附著力的熔融鹽狀灰。伴隨著NH3和SO3濃度的增加，硫酸氫銨的露點溫度也隨之升高，并且形成更多的液態硫酸氫銨。(7)鍋爐暖風器及四管泄漏。空氣預熱器并不是完美的設備，存在一定的缺陷，這些缺陷導致空氣預熱器的受熱面在水蒸氣通過時很容易將灰附著在表面形成積灰。長此以往，就是導致空氣預熱器中的積灰量越來越高，出現嚴重堵塞的現象。這就要從空氣預熱器的設計原理出發，尋找解決辦法。

4 運行中降低空氣預熱器出入口差壓的措施

4.1 實施步驟 首先將設備的負荷降低至約315 MW，打開鼓風機出口聯絡擋板，逐漸關閉小風扇葉片，同時停止單側送風機。手動逐漸關閉待處理空氣預熱器出口處的熱二次風擋板，直到完全關閉為止。將待處理側空氣預熱器的排氣溫度提高到200℃，并控制空氣預熱器的排氣溫度為待處理側每分鐘上升一次，上升約0.5℃，溫度每上升10℃穩定5分鐘。注意監控兩個空氣預熱器的電流和鍋爐的燃燒情況。(1)停機檢修。需要停機更換空氣預熱器的蓄熱元件，將廢舊的原件進行徹底處理。但這種方法有很大的弊端，并且受電網負荷影響很大，檢修工期較長，備品備件消耗巨大，同時還會影響發電機組的發電量，成本過高，降低了工廠的積極效益。(2)在線高壓水沖洗。采用內這種方法，沖洗水壓力可以達到60 MPa。該方法沖洗成本高，沖洗方法控制不當會損壞空氣預熱器的熱預原件。不完全沖洗還會導致堵塞增加。存在一定的安全風險，不能完全解決空氣預熱器堵塞的問題。(3)溫升法。溫升法用于蒸發硫酸氫銨，以緩解空氣預熱器的堵塞，從而降低空氣預熱器的壓差。該方法僅需要調節和控制空氣預熱器的排氣溫度，加工過程相對安全可靠。不僅可以采取有效措施確保輔助系統設備安全運行，同時可以完全去除空氣預熱器沉積冷端區域的硫酸氫氨，解決了空氣預熱器壓差上升的問題。

前兩種方法會影響設備的使用壽命，處理成本過高，經過一定的運行周期后就會失效，不能完全解決空氣預熱器堵塞的實際問題。綜合各種實際情況，最終得出結論：通過減少空氣預熱器高壓側的一次風和二次風流量，將空氣預熱器的排氣溫度提高到200℃左右，促使附著在空氣預熱器中低溫段的硫酸氫氨在高溫下分解，最終達到減小空氣預熱器壓差的效果。

4.2 具體措施 根據空氣預熱器造成出入口差壓過高的幾種原因通過各種實驗的驗證，也尋到到了幾種可以有效降低運行中空氣預熱器出入口差壓的措施。(1)硫酸氫氨的氣化溫度為150℃～230℃，根據這一特點適當提高空氣預熱器冷端溫度，使通過的硫酸氫氨由固態變為液態或氣態，空氣預熱器的堵塞現象將就會明顯減輕；(2)可以在空氣預熱器中低溫段的蓄熱元件表面噴涂搪瓷蓄熱元件，因為搪瓷蓄熱元件可以承受300℃以上的高溫，因此對空氣預熱器的蓄熱元件沒有影響；(3)在增加空氣預熱器排煙的溫度之后，空氣預熱器的熱端和冷端之間的溫度差隨之變小。控制空氣預熱器排氣溫度的升高速度可以控制空氣預熱器的蘑菇變形，避免由于空氣預熱器動靜部分摩擦造成空氣預熱器卡澀。通過以上的幾種方法，合工廠生產中的實際情況，對降低空氣預熱器運行中出入口差壓有一定的幫助作用，可以提高工廠生產的效益，降低設備消耗，減少生產成本，提高積極效益

5 結語

空氣預熱器是火力發電廠的重要輔助設備。它可以有效地減少不完全熱損失，更有利于爐內燃料的燃燒。同時，空氣預熱器還減少了廢氣的熱損失并提高了鍋爐效率。但是，空氣預熱器中液態硫酸氫銨的粘性和灰燼的堵塞嚴重影響了空氣預熱器的傳熱效率，增加了對空氣預熱器中煙氣流動的阻力，并增加了引風機、空氣預熱器的能耗，嚴重時直接威脅機組的安全運行。通過對空氣預熱器壓差升高原因的分析研究，并通過多次試驗分析，得出結論：在運行過程中通過熱解降低空氣預熱器壓差是一種有效的方法，不僅可以降低空氣預熱器的壓差，還可以最大程度地減少因機組停機而造成的經濟損失，為工廠帶來更大的經濟效益。