火力發電廠空氣預熱器堵塞原因分析及應對措施

司志民

(大唐國際張家口發電廠，張家口 075133 )

0 引 言

河北某發電廠空氣預熱器是東方鍋爐廠采用美國CE技術生產制造的三分倉容克回轉式預熱器。采用逆流式再生熱交換，側部圍帶傳動，蓄熱元件分別裝在48個倉格中；密封有熱端、冷端徑向密封，軸向密封，旁路密封，固定密封。其旋轉方向：煙氣→二次風→一次風→煙氣。

2011年-2014年，空氣預熱器結合脫硝進行了相應改造，更換了熱端蓄熱元件，高度1 000 mm、材質為優質碳鋼、材質厚度0.5 mm；更換了冷端鍍搪瓷蓄熱元件：高度900 mm、基板材質為進口專用搪瓷鋼。

近年來環保指標的超低排放，使得空預器堵塞的問題變得更加突出。

1 氨逃逸與硫酸氫銨堵塞

造成空預器堵塞的主要成分主要是硫酸氫氨。硫酸氫氨(Ammonium Bisulfate)簡稱ABS，分子式為NH4HSO4。

氨氣與SO3經過如下兩個反應生成硫酸氫氨和硫酸銨：

NH3+SO3+H2O=NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O=(NH4)2SO4

硫酸氫銨在不同的溫度下分別呈現氣態、液態、顆粒狀固態，硫酸氫銨的露點大約在147 ℃，其以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散于煙氣中[1]。

液態的硫酸氫銨是一種粘性很強的物質 ,很容易在空預器沉積，并促使大飛灰附著于空預器，造成空預器的堵灰，減小空預器內流通截面積，增大預熱器阻力，降低換熱效率，且預熱器冷端蓄熱元件底部位置尤為嚴重[2]。

同時，硫酸氫銨或硫酸銨本身對金屬有較強的腐蝕性，也會造成空預器外殼及蓄熱元件的腐蝕。

嚴重時，在預熱器下游設備，包括吸風機和除塵器均有發現硫酸氫氨的沉積，造成出力下降，影響機組的安全運行。

如圖1所示，影響硫酸氫氨生成的因素主要有兩個，一是煙氣中SO3的含量，另一個便是氨逃逸。

圖1 ABS生產溫度曲線

氨逃逸率主要取決于如下幾個因素 : (1)氨流量分布的不均 ；(2)設定NH3/NOx的摩爾比；(3)溫度；(4)催化劑堵塞與老化。

當反應器入口管道設計不合理時 ，會引起反應器截面上的NH3/NOx摩爾比、流量或溫度出現偏差 ,從而造成NH3泄漏以及NOx脫除不完全,影響脫硝效率。在氨逃逸量的控制方面可通過計算流體力學 (CFD)軟件進行優化設計,模擬煙氣流量和流速,確定導流葉片的類型、數量和位置,使入口煙氣流速、溫度和濃度均勻；同時模擬氨氣的混合,調整噴氨格柵(AIG)各個噴口,使NH3混合均勻,達到減少氨逃逸的目的[3-4]。

為提高SCR脫硝效率，NH3/NOx摩爾比通常控制大于1，因此脫硝過程氨逃逸就不可避免。SCR脫硝過程使用的催化劑會對煙氣中的SO2產生催化作用，氧化為SO3[5-7]。當NH3/SO3摩爾比大于2時，會產生硫酸氫銨。

據國外經驗，當氨體積濃度為(3-5)×10-6時，3～6個月就能使空預器阻力上升1倍，迫使機組停爐清理堵灰[8-9]。

當氨逃逸率在1 ppm以下時，硫酸氫銨生成很少，空預器堵塞現象不明顯，若氨逃逸率增加到2 ppm，空預器運行半年后其阻力增加約30%，若氨逃逸率增加到3 ppm，空預器運行半年后其阻力增加約50%，其引風機出力相應增加[10]。

為有效降低硫酸氫銨在空預器換熱元件上的形成速率，可選用搪瓷鍍層換熱元件。

2 差壓大的危害

空預器堵塞的直接體現是預熱器前后的差壓增大，而差壓增大會導致：

(1)引風機送風機出力增大，甚至使風機工作在不穩定區間，造成失速。

(2)造成一二次風量及爐膛負壓的周期性波動，影響燃燒穩定。

(3)長期受到積灰與差壓大的影響，會對上下軸承造成附加的額外應力，從而造成上下軸承的損壞甚至空預器受熱面的偏斜。

(4)堵塞與積灰也會加快受熱面腐蝕，使受熱面的壽命縮短。

3 堵塞原因分析

從機組運行與維護的角度考慮，空預器堵塞的原因可以歸結為以下幾點：

(1)經常性執行彈性減排環保指標要求，使尿素單日耗量增加，氨逃逸明顯增加，造成蓄熱元件結垢腐蝕堵塞；

(2)機組低負荷運行，脫硝入口煙氣溫度低，催化劑活性下降，導致過量噴氨更加嚴重，空氣預熱器冷端產生的硫酸氫銨粘結在蓄熱元件上造成堵塞；

(3)脫硝出入口NOx測點不準，脫硝自動無法投入運行，手動調整難以適應負荷變化，只能依靠脫硫側NOX濃度測點手動調整。

(4)空預器吹灰深度有限，對空預器中低溫區域中硫酸氫銨生成物的清除效果不理想；

(5)催化劑投運時間超設計壽命，活性低于設計使用閾值，脫硝需氨量明顯增大；

(6)煤場原煤來煤硫份高時，入爐煤硫份偏離設計值，額外增大鍋爐排放煙氣脫除負擔。

(7)脫硝系統在低負荷運行時，因積灰堵塞噴氨格柵噴嘴及管路，造成脫硝噴氨流場不均，煙氣氨逃逸增大，加劇了空氣預熱器的堵塞和腐蝕。

(8)冬季進入空預器的空氣溫度低，加重了硫酸氫銨對空預器的堵塞；

(9)空預器漏風的影響。預熱器漏風使局部SO3露點升高，容易在蓄熱元件上發生低溫腐蝕。

(10)停機檢修時間短，導致空預器沖洗、干燥時間不足，風機開啟后煙氣攜帶水份，造成灰分板結，加重空預器的堵塞。

4 應對措施及建議

針對空氣預熱器發生堵灰的各方面原因，從優化調整與檢修維護的兩大角度提出以下應對措施，希望能在空氣預熱器堵灰的問題上有所效果，提高機組運行效率改善機組經濟效益。

(1)及早發現采取應對措施。當發現某臺鍋爐預熱器差壓有增大趨勢時，運行人員輪流提高左、右側排煙溫度至150～160 ℃的方式來緩解硫酸氫銨堵塞；

(2)對于有預熱器堵塞的機組，應盡量暫緩執行NOX彈性排放；

(3)堅持對空預器“逢停必沖”，時間控制上，嚴格執行兩遍沖洗、通風干燥不少于24小時的規定；

(4)冬季時，及時投入一次風暖風器運行；

(5)在保證氮氧化物小時均值不超標情況下，合理控制噴氨量，降低氨逃逸率；

(6)在保證鍋爐安全、穩定運行的情況下，通過燃燒調整，控制氮氧化物量；

(7)適當增加空氣預熱器吹灰時間以及吹灰次數，來保證空預器的吹灰效果；

(8)及時更換脫硝催化劑，保證催化劑的正常活性。

(9)經常檢查噴氨格柵管道的溫度情況，發現異常應利用機組停運機會對其進行疏通處理，保證氨氣與NOx的良好混合。

(10)做好空預器漏風率控制，利用機組檢修及停運機會，做好預熱器漏風治理。

如果發現空預器壓差大時，應該采取以下措施：

(1)鍋爐引風機動葉開度上限至80%，防止失速；

(2)空氣預熱器煙氣側差壓在2.8 kPa(取兩側最大值)時，機組禁止升負荷。

(3)鍋爐在低負荷時通過調整減少送風機風量使空氣預熱器差壓高的一側通過提高排煙溫度在160 ℃進行硫酸氫氨加熱分解，兩側定期進行切換分解，機組做好送風機調整和鍋爐燃燒調整。

5 結束語

隨著機組投運時間的增長以及近年來環保指標的提高，空氣預熱器堵灰在燃煤電廠成了重要問題。

針對預熱器的堵灰問題，文中總結了運行與維護過程中可以采取的一些措施，并通過加強脫硝運行管理，實際預熱器運行可以達到正常。