空氣預熱器堵塞機理及防堵措施分析

付圣達，馬文良

（國家能源集團華北電力有限公司廊坊熱電廠，河北 廊坊 065000）

引言

通常情況下空氣預器都會設置在鍋爐尾部，處于水蒸汽和硫酸蒸汽低溫煙氣區域，環境較為惡劣，所以在火力發電廠系統運行期間，空氣預熱器堵塞問題較為常見。但造成空氣預熱器發生堵塞的原因較多，且通常由多因素共同作用影響。比如，在脫銷系統改造投運的情況下，導致氨逃逸量提升，進而在空預器流道當中產生化學反應，使硫酸氫銨產生，進一步使空預器受到沉積堵塞。在熱風再循環運行不夠合理的情況下，空預器冷端發生低溫腐蝕情況，進而誘發沉積現象，產生堵塞問題[1]。為解決空氣預熱器堵塞問題，使火力發電廠系統運行的可靠性及安全性得到有效提升，鑒于此本文圍繞空氣預熱器堵塞機理及防堵對策展開分析研究價值意義顯著。

1 空氣預熱器堵塞機理分析

在火力發電廠空氣預熱器運行期間，如果發生堵塞問題，則會引發各種風險情況，包括：流道阻力升高，并增加風機功耗；換熱呈現惡化的情況，且排溫上升；使鍋爐壓力波動加大；漏風量增多[1-2]。

1.1 灰垢取樣成分分析

以某火力發電廠的機組為例，通過SCR 脫銷改造之后，運行3 個月，發現機組出現明顯的空氣預熱器堵塞問題，在對該機組空氣預熱器冷端換熱元件灰垢進行取樣分析結果顯示：

1）對結渣位置進行分析，其中氮（N）元素的來源在于SCR 反應器出口位置逸出的氨氣，對灰樣當中硫酸銨的含量比重進行分析可得出這一結論[2]。同時，在添加比重高的還原劑的基礎上，會使NOx的排放量降低，進一步使大量的氨氣逸散。

2）對催化劑層數增設，增設第三層或者第四層，會使煙氣當中的三氧化硫（SO3）濃度升高。通常，銨鹽不會出現融化黏附的情況，究其原因主要是因為硫酸銨的熔點比較高。但若煙氣溫度突然降低，則會導致水蒸氣增加，在硫酸銨溶于水的情況下，便易附著在受熱壁當中。

3）對于硫酸鋁來說，其形成與灰顆粒當中的鋁結晶礦物質密切相關。基于溫度驟然降低的條件下，會使硫酸霧濃度急劇升高，兩者在發生化學反應的情況下，所產生的硫酸鋁便會附著于催化劑表面。此外，受到水蒸氣的影響，會使硫酸銨與硫酸鋁形成硫酸鹽二聚物，即灰樣當中的銨明礬。其中的硫酸鈣，則在燃燒過程中產生。

1.2 灰樣微觀形貌分析

針對原始灰樣進行微觀形貌分析，發現當中的亞微米球形顆粒被部分絮狀物包裹，使更大的顆粒形成。對于其中的絮狀物，主要由硫酸鹽構成，受到煙氣溫度突然降低的影響，在水蒸氣增加的情況表，會使小顆粒灰分黏附在壁面之上。此外，針對選擇的區域展開DES 元素分析，發現區域當中存在硫（S）元素與氮（N）元素，進而證實存在硫酸鹽。

結合分析結果可知，在氨氣逸散的情況下，會使分機葉片表面的硫酸鹽出現積累情況。當然，使氨氣逸散的原因較多，其一，處于進口煙氣當中，NOx含量高，考慮到出口煙氣當中的NOx濃度能夠有效降低，進而使噴氨量增加；其二，進口的煙氣當中，NOx含量分布不夠均勻，會使局部NOx含量偏高情況發生，當偏高的NOx信號反饋到脫銷控制系統時，會使噴氨量增加；其三，鍋爐運行期間發生工況變化，在脫銷系統的噴氨量控制調節難以對工況變化作出及時響應的情況下，會使氨逃逸量大大增加。

此外，因空預器冷端管壁溫度一般在60～70℃之間，低溫狀況則一般處于45～60℃之間。所以，在排煙溫度偏低的情況下，會大大提升煙氣含水量，進一步和SO3發生反應形成硫酸酸霧，當在灰粒表面附著的情況下，會使灰粒的粘附力增加，使灰粒處于預器冷端管壁的沉積逐漸增加，日積月累，產生嚴重灰垢，最終便會導致空氣預熱器發生堵塞問題。

2 空氣預熱器堵塞的相關防堵措施

2.1 合理摻混高低硫燃煤

針對硫含量不同的煤，根據一定的比例購進，然后合理摻混不同硫含量的燃煤，使進入爐膛的燃煤硫含量控制在小于1.49%，并以煙氣脫硫工藝為依據，使硫酸氫銨的生成量得到有效降低。

2.2 確保吹灰操作的合理性

在對空氣預熱器差壓變化進行監測的基礎上，將空預器的積灰程度反映出來，以此當作吹灰操作的重要參考依據，并對吹灰次數進行合理調整。在差壓偏大的情況下，可采取持續吹灰操作。此外，對于省煤器的吹灰裝置，需維持正常投運，使空預器末端積灰有效減少，進一步使流道阻力降低。

2.3 規范沖洗空氣預熱器進行

針對部分特殊狀況，比如在積灰嚴重、差壓偏大的情況下，會使機組帶負荷的能力受到較大程度的影響。對此，電廠運行工作人員在停機檢修過程中，需規范使用高壓水沖洗空氣預熱器。值得注意的是，在沖洗過程中，需合理控制沖洗方向，首先進行“自下而上”的沖洗，進一步進行“自上而下”的沖洗，使灰垢淤積在換熱元件間隙的情況避免發生。在沖洗完成之后，需維持自然晾干狀態，或采取強制通風吹干處理措施。此外，高壓沖洗水系統在線使用過程中，壓力需不小于25 MPa，由于壓力偏高，會對空氣預熱器蓄熱元件、密封造成較大的損壞狀況。因此，并非特殊情況，不建議采取高壓沖洗水系統對空氣預熱器進行沖洗。

2.4 加強空氣預熱器循環風防堵

有學者表示，針對空氣預熱器堵塞問題，可改造空氣預熱器蓄熱元件，但采取該方法，在空氣預熱器運行一段時間之后，堵灰現象再次出現，由此說明空氣預熱器堵塞問題沒有得到完全解決。還有學者表示可采取冷風加裝暖風器處理方法，雖然該方法能夠提升暖風器的運行效率，但暖風器加熱運行期間也存在一些缺陷，比如暖風器易發生漏泄、在排煙溫度受到影響下使機組整體運行效率降低等。對此，有必要進一步加強空氣預熱器循環風防堵策略，即：

1）基于空氣預熱器冷端，選取1 個溫度偏低的部位，然后在此部位進行1 個循環風分倉和循環風機的設置，使熱風在風道內持續得到驅動循環。冷風則處于空氣預熱器熱端進行熱量的吸收，在產生大概為290 ℃熱風的情況下，進一步對空氣預熱器冷端進行換熱處理，對冷端溫度比較低的金屬進行加熱處理，以此增加1 個換熱設備，使空氣預熱器冷端金屬溫度分布不夠均勻情況得到有效減少，從而使空氣預熱器局部溫度偏低的情況得到有效預防控制。

2）在風機調節方面，使用變頻調節方式，以環境溫度、空氣預熱器冷端增加安裝的紅外測點測量得到的元件溫度情況為依據，對風量進行合理調節，使冷端蓄熱元件加熱的目標得到有效滿足，進而使風機電耗得到降低。需注意的是，產生的熱風會帶有一定的熱量，無需利用外部熱源對局部蓄熱元件進行加熱，可以使能量最優使用的目標得到有效實現。同時，對于被加熱的部位，與煙氣側的蓄熱元件維持良好的連接關系，倘若此部位溫度偏低，則易出現結露的情況，進而引發堵塞問題。所以，需對此部位蓄熱元件的溫度適當提升，以此使堵塞問題得到有效避免，且無需應用過多的熱量提升整體冷端溫度，進一步使對排煙溫度的影響得到有效減輕。此外，在設置單獨分倉格的條件下，能夠使熱量集中。

3 結語

火力發電廠空氣預熱器在運行過程中可能出現一些不良工況問題，在未能得到有效解決的情況下，會引發空氣預熱器堵塞，使空氣預熱器運行的可靠性及安全性受到很大程度的影響。因此，需明確空氣預熱器發生堵塞問題的機理，合理摻混高低硫燃煤，確保吹灰操作的合理性，對空氣預熱器進行規范沖洗，加強空氣預熱器循環風防堵等。火力發電廠采用合理方式可以使空氣預熱器堵塞問題得到有效預防控制，進一步提升火力發電廠空氣預熱器運行的可靠性及安全性。