700 MW 超臨界鍋爐空預器差壓高治理

方 吉，吳 順，李澤峰

（江西贛能股份有限公司豐城二期發電廠，江西 豐城 331100）

0 引言

某電廠2×700 MW 超臨界機組鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司設計制造的超臨界參數變壓運行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊Π 形結構。鍋爐主蒸汽和再熱蒸汽壓力、溫度、流量等參數要求與汽輪機的參數相匹配，主蒸汽溫度為571 ℃，最大連續蒸發量（BMCR）為2 101.8 t/h。鍋爐制粉系統為中速磨煤機正壓冷一次風機直吹式制粉系統，每臺鍋爐配置6 臺中速磨煤機。鍋爐風煙系統采用平衡通風的方式，通過匹配送風機與引風機的出力來平衡爐膛的壓力。爐后尾部布置兩臺轉子直徑為14 236 mm 的三分倉容克式空氣預熱器，每臺鍋爐配置兩臺。

隨著我國節能環保要求越來越嚴格，國家對火電廠大氣污染物排放標準有了新的要求，NOx排放的限值為50 mg/Nm3。當前大多數火電廠主要采用選擇性催化還原法（SCR）為煙氣脫硝技術，也就是在省煤器和空氣預熱器中加裝SCR 脫硝裝置，可以減少火電廠運行過程中NOx 的排放量[1]。為積極響應國家環保政策，該電廠于2017年對5 號、6 號鍋爐配套進行了超低排放改造。改造后，實際運行中出現以下問題：SCR 噴氨不均，局部出現部分氨逃逸現象，當逃逸的氨遇到SO3生成硫酸氫氨時，由于硫酸氫氨具有較強的粘附性，很容易將煙氣中的灰塵黏著在空預器中，導致空預器出現堵塞現象，嚴重影響脫硝機組的經濟安全運行。2020年春節假期及疫情期間由于機組負荷率低，造成該廠6 號機組累計接帶低負荷時間較長，導致空預器差壓快速上升。高負荷時引風機總壓升高達到8 kPa，接近引風機設計壓升（見表1 所示），引風機已處于不穩定區域，容易發生失速故障?？疹A器一次風側差壓高達到3 kPa，一次風機出口風壓高達12 kPa，一次風機存在喘振風險。因此，加強對氨逃逸率的控制以及如何降低空預器差壓是一個現實的、急需解決的工程課題。以往該廠在空預器差壓升高后采取增加空預期吹灰頻率、在線沖洗以及停爐高壓水沖洗等措施，但增加空預期吹灰頻率效果不明顯；停爐高壓水沖洗時間不可控且費用比較高。加上受疫情影響，在線沖洗項目無法開展。通過了解，目前一些電廠采用空預器在線升溫的方法治理硫酸氫氨造成的空預器堵塞問題，在治理效果上取得了顯著的成效。結合該廠相關設備的技術特性，運行專業決定進行空預器升溫降阻試驗，一方面驗證該方法在本廠的可行性，另一方面也為后續操作及設備改造提供試驗依據。

表1 5號、6號鍋爐引風機設計規范

硫酸氫氨的氣化溫度在150~230 ℃范圍內，硫酸氫氨將由固態變成氣態。采用空預器在線升溫的辦法治理硫酸氫氨造成的空預器堵塞的治理方案，即將空預器升溫至220 ℃左右，使硫酸氫銨氣化，從而治理由于硫酸氫氨造成的空預器堵塞問題[2-4]。

1 試驗內容

根據機組運行情況，空預器升溫降阻試驗計劃安排在45-50% BMCR 工況進行，對應機組負荷為320 MW 左右。在該工況下穩定鍋爐負荷、風量、一次風壓及其他相關運行參數，然后逐步提升單側空預器出口排煙溫度至200~230 ℃穩定一定時間，使附著在空預器換熱面上的硫酸氫銨氣化，達到降低空預器差壓的目的。

2 試驗方法

試驗期間，將鍋爐各項參數調整到正常狀態，并保持機組負荷和鍋爐燃燒穩定。然后逐漸退出鍋爐貼壁風系統，逐漸關小B 空預器出口熱二次風擋板、熱一次風擋板，控制好升溫速率，逐步提升B 空預器出口煙溫至200~230 ℃，然后記錄引風機進口靜壓、空預器出口煙溫、空預器進出口差壓等鍋爐相關的運行參數。

3 空預器升溫降阻試驗安全性及可行性分析

通過查詢該廠空預器說明書、電除塵、引風機、脫硫吸收塔運行說明書，空預器蓄熱片為普通碳鋼，變形溫度為420 ℃，表面噴涂陶瓷的冷端蓄熱元件爆瓷溫度在300 ℃以上，空預器升溫后整體膨脹變形。溫度提升后，主要是考慮空預器膨脹問題。根據不銹鋼膨脹系數，冷端徑向溫升100 ℃計算，冷端變形量、軸向平均溫升較小，空預器間隙調整的形變余量在空預器軟性密封的允許范圍之內?？刂粕郎厮俾省?.5 ℃/min將不會發生空預器內部動靜摩擦現象，因此升溫對蓄熱片無影響。電除塵內部主要有陽極、陰極、電極瓷瓶等，沒有對煙溫有特別要求材料，但電極瓷瓶耐受溫度可能是制約點。為了防止瓷瓶出現裂紋，以投產以來運行經驗表明，溫度在170 ℃無影響；根據廠家提供的資料，煙氣溫度提升到180 ℃后對引風機葉片不會有影響，但應加強對引風機軸承溫度監視；脫硫吸收塔內除霧器為塑料材質，對煙溫有明確要求，要求吸收塔煙氣入口溫度不大于160 ℃。

該廠空預器入口煙溫一般在290~350 ℃，50%BMCR 工況下，空預器入口煙溫約290 ℃，因此適當減少空預器冷二次風、一次風量，必要時調整A、B 側送、引風機及一次風機出力就能達到提高煙溫至230 ℃要求。

通過以上設備運行情況考察及風機出力分析，在50%左右鍋爐負荷，通過關閉貼壁風，熱二次風、熱一次風協同調整，就能達到提高排煙溫度，整體提高空預器運行溫度。滿足試驗煙溫需要。因此該方案可行，現場具備提高煙溫進行治理條件。

4 空預器升溫過程中的危險點及注意事項

1）控制好升溫速率，防止由于膨脹不均造成卡澀。

2）投入空預器冷端吹灰連續運行，加強引風機軸承溫度監視。

3）緩慢調整參數，防止煙溫過調超限危害電除塵、脫硫吸收塔設備安全，另外防止升溫速率過快造成空預器變形大卡澀。

4）提前試運吸收塔事故噴淋，確保設備安全。

5）加強另一側風機參數監視，防止過負荷。

6）兩側空預器運行工況差別大，監視好鍋爐壁溫、主再熱汽溫，防止單側參數嚴重超標。

7）加強鍋爐燃燒及磨煤機運行監視。由于單側一、二次風退出，可能會造成一、二次風溫下降影響鍋爐燃燒及磨煤機干燥處出力。

8）做好試驗空預器、該側風機及另外一側風機跳閘的事故預想。

5 現場治理方案實施及效果

2020年05月07日，在進了充分準備情況下，進行了6 號爐B 空預器升溫試驗。機組帶45%負荷穩定后，退出6 號爐貼壁風系統，逐漸關小B 空預器出口熱二次風擋板和熱一次風擋板，控制B空預器出口煙氣溫度上升速率≤1.5 ℃/min。最終將B 空預器出口熱二次風擋板和熱一次風擋板全部關閉，維持B空預器出口煙氣溫度200 ℃左右。有效的把吸收塔入口煙溫控制在155 ℃，滿足空預器后各設備安全運行要求。

6號爐B空預器排煙溫度達200 ℃左右，經過4小時后其阻力有所降低，考慮到空預器冷端漏風的影響，空預器冷端蓄熱片的底部應該達到了220~230 ℃，在此溫度下硫酸氫氨可以氣化，空預器阻力有所降低。因機組負荷低，空預器差壓下降幅度不大，有待改變機組負荷對試驗效果進行驗證。

試驗前后鍋爐主要運行參數及熱態試驗結果見表2，B空預器差壓有明顯下降，機組帶690 MW負荷，相同風量下，空預器煙氣側差壓下降約0.5 kPa，一次側差壓下降約0.5 kPa，引風機入口靜壓下降約0.5 kPa，兩臺引風機電流下降約50 A，節能效果顯著。

表2 試驗前后鍋爐主要運行參數

6 結語

1）6號爐B 空預器差壓有明顯下降，鍋爐高負荷運行時總風量上升50 t/h以上，機組帶690 MW 負荷，相同風量下，空預器煙氣側差壓下降約0.5 kPa，一次風側差壓下降約0.5 kPa，引風機入口靜壓下降約0.5 kPa，兩臺引風機電流下降約50 A。證明此方法效果明顯，且操作過程風險可控，可操作性較強，適合后續空預器差壓升高時的治理。

2）此次試驗溫度、時間雖然未達到試驗要求溫度和時間，但從試驗結果來看，效果還是比較明顯，因為空預器出口排煙溫度安裝測點位置在空預器出口煙道上，空預器冷端實際溫度比排煙溫度要高。另外，試驗過程中B 空預器出口熱二次風擋板卡澀在15%關不到位也對空預器出口煙溫有所影響，后期只需將該缺陷消除，煙溫還有上升空間。另外此次試驗過程中吸收塔入口煙溫實際已接近150 ℃，繼續升溫空間也有限。綜合以上幾方面原因，以后空預器升溫降壓阻試驗溫度控制在190~210 ℃左右即可。

3）通過此次試驗，證明通過提高空預器出口排煙溫度使附著在空預器上硫酸氫銨蒸發降低空預器差壓的方法在該鍋爐切實有效，因此，該廠計劃暫停執行空預器在線沖洗項目，這樣可以節省近100 萬元設備投資費用及后期運行費用。

4）鍋爐專業制定合理的空預器冷端受熱面腐蝕的檢查周期。由于空預器升溫降壓阻方案只對硫酸氫銨附著在空預器受熱面上造成的差壓上升有效，而對空預器低溫腐蝕及受熱面破損造成的差壓上升是無效的，低溫腐蝕又會加劇硫酸氫銨附著，是一個加劇惡化的過程，因此要合理安排空預器冷端受熱面腐蝕情況的檢查及更換周期。

5）從近兩年空預器差壓上升時間段來看，都是發生在1、2月份，主要是因為1、2月份環境溫度低、機組負荷低，空預器低溫腐蝕和硫酸氫銨附著相互促進造成空預器差壓快速上升。1、2月份可以通過適當降低配煤含硫來減輕空預器低溫腐蝕，減緩空預器差壓上升速率。

6）鍋爐超低排放改造后，空預器差壓正常值要求為1 200 Pa。根據此次試驗，制定以后空預器差壓升高時的處置措施，以后機組運行中空預器差壓（煙氣側）高于1 600 Pa時執行空預器升溫降壓阻試驗方案，試驗時間控制5 h左右；空預器差壓（煙氣側）高于2 000 Pa 時執行空預器升溫降壓阻試驗方案，試驗時間控制10 h左右。若差壓仍不能降低，根據機組檢修時間綜合考慮是否進行在線沖洗。

通過實踐檢驗，證明該側空預器附著的硫酸氫銨在煙溫提升后確實按預想進行了升華，壓差出現明顯好轉，而空預器及后面設備主要參數未有影響，從而驗證此項技術在該廠可靠、安全、有效。而且空預器在線升溫的方法治理硫酸氫氨造成空預器堵塞問題耗時短、成本低，要比之前常用的在線高壓水沖洗方法更為高效，該方法值得在類似鍋爐室預器中進行推廣。