李建軍，何文峰，景潤利

（大唐略陽發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西 漢中 724300)

1 概述

為適應(yīng)越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求， 2013年某電廠對6號機(jī)組進(jìn)行脫硝工程建設(shè)。根據(jù)以往經(jīng)驗,在進(jìn)行SCR(selective catalytic reduction，選擇性催化還原脫硝)改造后不久，位于SCR反應(yīng)裝置煙氣系統(tǒng)下游的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器就會出現(xiàn)腐蝕、堵塞嚴(yán)重的現(xiàn)象，導(dǎo)致吸風(fēng)機(jī)出力不足，熱風(fēng)溫度降低，機(jī)組達(dá)不到額定出力。因此，該公司決定在脫硝工程建設(shè)期間，利用6號機(jī)組大修時機(jī)對回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器進(jìn)行改造，以增強(qiáng)空氣預(yù)熱器抗堵塞、抗腐蝕的能力，提高空氣預(yù)熱器換熱效果，降低空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率。

2 設(shè)備狀況

2.1 設(shè)備現(xiàn)狀

該公司6號鍋爐為東方鍋爐股份有限公司設(shè)計制造的DG1018/18.4-Ⅱ6型亞臨界、一次中間再熱、單爐膛、Π型露天布置、切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、自然循環(huán)汽包鍋爐。

該鍋爐配置2臺容克式空氣預(yù)熱器，型號為LAP10320/883，是東方鍋爐股份有限公司按C-E空氣預(yù)熱器公司轉(zhuǎn)讓技術(shù)設(shè)計和制造的，為立式、三分倉、煙氣向下流動結(jié)構(gòu)，其直徑為10 320 mm，蓄熱元件高度自上而下分別為800 mm，800 mm，300 mm。冷段300 mm蓄熱元件材料為低合金耐腐蝕考登鋼，其余熱段蓄熱元件材料為碳鋼。2011年，將冷熱段徑向密封改為柔

性接觸式密封，旁路軸向密封保持不變，使密封間隙維持在理想范圍內(nèi)，減少漏風(fēng)量。目前，空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率基本控制在設(shè)計值6 %內(nèi)。

煙氣和空氣以逆流方式通過空氣預(yù)熱器。在空氣預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)過程中，被煙氣加熱后的蓄熱元件依次通過二次風(fēng)倉格、一次風(fēng)倉格來加熱二次風(fēng)、一次風(fēng)，放熱后的蓄熱元件重新回到煙氣倉格吸收熱量。為保持蓄熱元件受熱面的傳熱效率和避免積灰堵塞通道，空氣預(yù)熱器配置了蒸汽吹灰器。該型空氣預(yù)熱器還可使用清水清洗，同時可根據(jù)需要對沖洗水進(jìn)行加熱和加堿的預(yù)處理。

2.2 新增設(shè)備

新增脫硝系統(tǒng)采用SCR工藝，每臺爐布置2臺SCR反應(yīng)器，采用高灰型SCR布置方式，即SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間，爐后空氣預(yù)熱器出口煙道的上方。此脫硝裝置可處理100 %煙氣量，入口NOx濃度為400 mg/Nm3，脫硝反應(yīng)器與還原劑供應(yīng)系統(tǒng)的脫硝效率不低于80 %，不設(shè)置SCR反應(yīng)器煙氣旁路。

新增脫硝系統(tǒng)按“2＋1”模式布置催化劑。當(dāng)2層催化劑運行時，脫硝效率不低于80 %，NH3逃逸率不大于3 μL/L，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1 %，脫硝系統(tǒng)阻力不大于1 kPa。最高噴氨煙氣溫度420 ℃，最低噴氨煙氣溫度300 ℃。

3 SCR脫硝裝置對空氣預(yù)熱器的影響

3.1 硫酸銨鹽的形成機(jī)理及其影響

不論是SCR還是SNCR脫硝工藝，都是向煙氣中噴入氨水、液氨、尿素等物質(zhì)，依靠其生成的NH3與煙氣中的NOx反應(yīng)，將NOx還原為N2。但是NH3難以完全參與反應(yīng)，殘余部分會與煙氣中的SO3和水蒸氣反應(yīng)。

當(dāng)NH3殘余量很高時，可大量生成粉末狀的固體(NH4)2SO4。一般情況下，較多地生成NH4HSO4，而(NH4)2SO4產(chǎn)生量很少，并且處于積灰中，對空氣預(yù)熱器幾乎無影響。

在所有含NH3的燃煤鍋爐煙氣中，一般都存在NH4HSO4，而NH4HSO4從氣態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變的溫區(qū)正好處于流經(jīng)空氣預(yù)熱器部分的煙氣溫區(qū)。

3.2 對煙氣灰分的影響

當(dāng)煙氣中灰分很少時，NH4HSO4以液滴形式存在。當(dāng)燃料灰分/硫分比值小于7時，灰分只能吸附部分NH4HSO4液滴，但灰粒的黏性非常大，會和部分剩余的NH4HSO4液滴一起被吸附到換熱元件表面上。當(dāng)燃料灰分/硫分比值大于7時，同時煙氣中灰塵均勻彌散分布，幾乎可以吸附所有NH4HSO4液滴，此時灰分的黏性也比無NH4HSO4液滴時大得多。

因此，當(dāng)燃料灰分/硫分比值大于7時，可適當(dāng)降低空氣預(yù)熱器冷端的傳熱元件入口溫度，通常降低22 ℃左右。

3.3 對空氣預(yù)熱器腐蝕的影響

目前，常見的SCR催化劑是氧化鈦和氧化釩，它們可大幅提高脫硝效率，但部分SO2將被催化轉(zhuǎn)化成SO3。按排煙溫度130℃設(shè)計，常規(guī)空氣預(yù)熱器冷端腐蝕區(qū)僅在冷端100～200 mm范圍內(nèi)，當(dāng)SO2/SO3轉(zhuǎn)化率增大后，H2SO4露點會上升5～10 ℃，空氣預(yù)熱器冷端受H2SO4腐蝕的區(qū)段將增長至250～450 mm，原空氣預(yù)熱器的冷段300 mm的長度就明顯不夠。因此，一些空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的冷端構(gòu)件和密封構(gòu)件(處在H2SO4腐蝕區(qū)的)必須使用考登鋼、NS1之類的材料，其傳熱元件則應(yīng)使用搪瓷表面。

與H2SO4相比，NH4HSO4的腐蝕性較弱，通常表現(xiàn)為電化學(xué)腐蝕，一般為點狀腐蝕，分布在空氣預(yù)熱器冷端上方600～900 mm的范圍內(nèi)。

3.4 對煙氣溫度的影響

SCR催化劑提高了SO2/SO3轉(zhuǎn)化率，加劇了空氣預(yù)熱器冷端腐蝕。為保護(hù)空氣預(yù)熱器后面的設(shè)備(如靜電除塵器、煙道等)，應(yīng)適當(dāng)提高鍋爐排煙溫度。當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷工況時，煙氣溫度降低，NH3逃逸率上升，導(dǎo)致NH4HSO4沉積帶向空氣預(yù)熱器熱端漂移，引起空氣預(yù)熱器熱端堵塞。

3.5 SCR催化劑各投運階段對空氣預(yù)熱器的影響

目前，SCR催化劑使用壽命一般為3年。在SCR投運的初始階段，由于催化介質(zhì)活性好，NH3逃逸率控制良好(小于2 μL/L)，但也提高了SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。此時，空氣預(yù)熱器運行面臨的主要任務(wù)是控制冷端H2SO4腐蝕。

在催化劑使用15 000～20 000 h后，其活性通常約降低1/3。如果要提高NOx轉(zhuǎn)化率，只有增大NH3注入量，但這又會帶來較高的NH3逃逸水平(大于5 μL/L)，生成大量的NH4HSO4。因此，通常采取預(yù)留催化劑將來層的方法來控制NH3逃逸率，其具體做法是：在SCR投運的初始階段，投用2層或3層催化劑；2年后，新增1層催化劑；3年后，更換已到工作壽命的催化劑，確保NH3逃逸率始終控制在3 μL/L以下。

3.6 對空氣預(yù)熱器漏風(fēng)指標(biāo)的影響

采用SCR裝置通常會導(dǎo)致空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)負(fù)壓增大約1 kPa。當(dāng)使用換熱系數(shù)低的傳熱元件作為冷端元件時，為達(dá)到同常規(guī)空氣預(yù)熱器相近的排煙溫度，需增加空氣預(yù)熱器換熱元件的高度，這會導(dǎo)致空氣預(yù)熱器煙、空氣阻力略有增加?？諝忸A(yù)熱器煙、空氣壓力差增大，將造成空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率上升，一般300 MW等級鍋爐空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率將增大0.5 %～0.8 %。

3.7 對轉(zhuǎn)子內(nèi)傳熱元件布置方式的影響

目前，國內(nèi)多數(shù)無SCR鍋爐的空氣預(yù)熱器采用從國外引進(jìn)的3層布置方式，即冷端采用易吹灰疏通的NF波形，中溫和高溫段采用高效換熱波形。

H2SO4腐蝕區(qū)超過了傳統(tǒng)的300 mm冷端高度，必須將冷端高度加高至500～600 mm，而NH4HSO4沉積帶通常位于距冷端上方600～900 mm處，這樣H2SO4腐蝕區(qū)和NH4HSO4積灰?guī)С霈F(xiàn)疊加甚至重疊，這將大大提高對吹灰的要求，而傳統(tǒng)吹灰器不能同時除去中間層和冷段層內(nèi)的積灰。

在跨層區(qū)域(普通空氣預(yù)熱器的熱段層和中溫段層之間)出現(xiàn)NH4HSO4沉積的情況時，由于傳熱元件鋼板的邊緣效應(yīng)，形成的灰垢層特別厚(見圖1)，在分層處形成的堵灰非常明顯。因為空氣預(yù)熱器冷端框架的構(gòu)件會阻擋吹灰和清洗介質(zhì)進(jìn)入傳熱元件，所以應(yīng)盡量避免使用傳熱元件支承柵架，可改用橫向隔板固定傳熱元件。

圖1 傳熱元件層邊緣積灰效應(yīng)示意

3.8 對傳熱元件波形的影響

各空氣預(yù)熱器生產(chǎn)廠家使用的傳熱元件為DNF波形，采用封閉流道，即元件內(nèi)部各小氣流通道互相隔開，如同相互封閉的小管道，以保證吹灰介質(zhì)有足夠的動能移去堵灰。同時，還采用小波峰高度、交叉排列表面波形以提高換熱效率，使其達(dá)到或接近傳統(tǒng)使用的空氣預(yù)熱器熱段DU波形換熱效果，保證氣流吹灰的效果可以提高數(shù)倍。這種波形同樣用在完全濕態(tài)工況的煙氣換熱器中。

采用搪瓷保護(hù)冷端傳熱元件，不僅可有效隔離H2SO4腐蝕物、NH4HSO4與傳熱元件金屬的直接接觸，還可使傳熱元件表面更易清洗。通常情況下，搪瓷表面元件的使用壽命高達(dá)8年，這就有效地延長了空氣預(yù)熱器的檢修期。

3.9 對吹灰和清洗方式的影響

通過提高吹灰壓力和吹灰頻次來解決積灰問題是不可取的，因為吹灰蒸汽壓力(大于2 MPa)會使元件開裂、彎曲變形，進(jìn)而形成碎片堵塞通道，導(dǎo)致吹灰效果完全喪失。

目前，空氣預(yù)熱器的清洗方式是使用雙介質(zhì)(蒸汽和高壓水)吹灰器(半伸縮或全伸縮)，通常冷端和熱端各布置1臺。正常使用時，用蒸汽吹灰清除位于傳熱元件上、下端面的積灰。當(dāng)空氣預(yù)熱器阻力上升50 %～60 %時，用高壓水沖洗。高壓水沖洗可在空氣預(yù)熱器單臺隔離狀態(tài)下使用，但僅限于冷端，且高壓水沖洗的噴嘴是精心選擇的。當(dāng)停機(jī)檢修時，由于NH4HSO4易溶于水，預(yù)先采用低壓水沖洗裝置浸泡轉(zhuǎn)子可大大提高清洗效果。

鍋爐加裝脫硝設(shè)備后，增大了空氣預(yù)熱器堵灰的可能性。為此，需對空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子作相應(yīng)的設(shè)計修改，即采用高冷段層、搪瓷表面?zhèn)鳠嵩砭徑舛禄页潭?，并采用高壓水沖洗來清洗轉(zhuǎn)子的內(nèi)換熱面，而控制NH3逃逸率是改善空氣預(yù)熱器堵灰程度的最直接手段。

4 改造方案

4.1 改造的基本原則

充分考慮原有空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)、運行方式及輔助設(shè)備，在保證原空氣預(yù)熱器安全運行及性能參數(shù)的情況下，盡可能減少對原空氣預(yù)熱器傳動方式、支撐形式、空氣預(yù)熱器殼體、煙風(fēng)道接口等的改造。

4.2 改造措施

4.2.1 傳熱元件的改造

為滿足鍋爐經(jīng)濟(jì)效益最大化，確保改造后空氣預(yù)熱器的性能優(yōu)異，根據(jù)熱力性能計算結(jié)果，同時考慮到投運SCR后NH4HSO4對空氣預(yù)熱器冷端傳熱元件沉積范圍的影響，最終確定傳熱元件的改造方案如下。

目前，開發(fā)設(shè)計的TC-1～TC-3型專用搪瓷傳熱元件如圖2所示。其中，TC-1型為強(qiáng)化換熱型，TC-3型為抗堵灰型，TC-2型換熱和抗堵性能折中。改造后的元件為2層設(shè)計，熱端使用1 100 mm高傳熱元件；冷端為具有封閉流道的脫硝空氣預(yù)熱器專用版型TC-1傳熱元件，高1 000 mm，厚度0.8 mm，它包含大波紋通灰槽，具有防止堵灰、便于清潔等優(yōu)點。對冷端元件表面采取搪瓷工藝處理，以防止冷段元件被腐蝕。

圖2 傳熱元件波形

4.2.2 轉(zhuǎn)子的改造

脫硝改造后，空氣預(yù)熱器冷端傳熱元件的高度從300 mm增大至1 000 mm，冷端傳熱元件的更換方式改為豎直方向吊裝。為確?？諝忸A(yù)熱器外形密閉，對原冷端傳熱元件更換門進(jìn)行焊接密封，同時全部拆除原柵架以減輕轉(zhuǎn)子重量，并減少對傳熱元件換熱面積的阻擋，改善吹灰和清洗效果。轉(zhuǎn)子橫向隔板通過現(xiàn)場拼接全部延伸至冷端，并在冷端下方焊接支撐扁鋼。加高后的冷端傳熱元件，在豎直方向可直接吊裝、安放至冷端支撐扁鋼上。

4.2.3 密封系統(tǒng)的改造

在空氣預(yù)熱器冷端增設(shè)軟密封裝置。軟密封片為磨耗型密封，一般采用低硬度材料(如鋁合金、銅合金等)或柔性結(jié)構(gòu)鋼材(如鋼絲、大折角薄鋼板等)，在密封板上拖曳運行時，密封板表面磨損較輕。裝在冷端的密封片應(yīng)具有耐腐蝕性，并可承受20 kPa的壓力差。

優(yōu)化后的軟密封結(jié)構(gòu)如圖3所示。厚密封片后部配置雙道消隙阻流片，兼具迷宮效應(yīng)，起到減小漏風(fēng)、延長軟密封壽命、方便維護(hù)調(diào)整的作用。

圖3 優(yōu)化后的軟密封結(jié)構(gòu)

密封系統(tǒng)的改造方案具有以下特點：

(1)結(jié)構(gòu)簡單，成本低；

(2)軟密封片上的調(diào)節(jié)開孔可保證反復(fù)調(diào)整間隙4～5次，一旦出現(xiàn)磨損過大可再次調(diào)整位置(每年只需調(diào)整1次)無需頻繁更換密封片；

(3)軟密封片的使用壽命不低于厚密封片的使用壽命(4年)，可和厚密封片同步更換。

4.2.4 吹灰器的改造

新增高壓清洗水系統(tǒng)，以實現(xiàn)對空氣預(yù)熱器的最優(yōu)吹灰效果。在原空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)冷端配置1根固定水沖洗管，沖洗管上每隔1段距離布置有1個對應(yīng)口徑的水噴嘴，一般采用小口徑(約1.5 mm，水壓約10～20 MPa)，數(shù)個噴嘴集中布置，確保沖洗水可覆蓋整個換熱面。

在鍋爐停機(jī)或鍋爐帶60 %負(fù)荷時，可采用固定水沖洗管對空氣預(yù)熱器進(jìn)行離線沖洗。在離線狀態(tài)下，工作人員可進(jìn)入空氣預(yù)熱器內(nèi)部，通過觀察換熱元件表面情況判斷換熱元件是否清潔干凈。若工作人員無法進(jìn)入空氣預(yù)熱器內(nèi)部，可根據(jù)空氣預(yù)熱器煙氣阻力大小判斷換熱元件是否清潔干凈。經(jīng)過固定水沖洗后，為保證換熱元件的干燥，需啟動空氣預(yù)熱器，并往空氣預(yù)熱器內(nèi)部通冷風(fēng)直至換熱元件干燥為止。

為保證積水能夠正常排出，要求在空氣預(yù)熱器尾部煙道下方設(shè)置排水口。

5 現(xiàn)場實施

5.1 具體改造內(nèi)容

(1)轉(zhuǎn)子部分：取消原轉(zhuǎn)子?xùn)偶?，將原轉(zhuǎn)子橫向隔板接長，籃子擱條下移，密封原轉(zhuǎn)子冷端籃子吊換門。

(2)傳熱元件部分：更換熱段傳熱元件和冷段涂搪瓷傳熱元件，轉(zhuǎn)子重量由540 t增大至555 t。

(3)密封系統(tǒng)部分:增設(shè)軟密封裝置。

(4)吹灰器部分：增加冷端高壓水沖洗的槍管和噴嘴等系統(tǒng)。

5.2 注意事項

(1)安裝前，必須仔細(xì)研究圖紙和改造方案及有關(guān)資料，并根據(jù)現(xiàn)場條件制訂有效的、切實可行的安裝工序。

(2)改造方案上所列的安裝要求僅為一般要求，具體安裝時還應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行圖紙上技術(shù)要求中有關(guān)安裝部分的規(guī)定，圖紙上凡注有現(xiàn)場焊接符號的均需在現(xiàn)場按圖紙規(guī)定進(jìn)行焊接。

(3)備品、材料運至現(xiàn)場后，應(yīng)仔細(xì)檢查其有無損壞、變形或遺失，并合理堆放。

5.3 改造步驟

5.3.1 準(zhǔn)備階段

(1)清理積灰。

(2)在空氣預(yù)熱器冷端連接板下合適處搭建檢修平臺。

(3)在煙風(fēng)道合適處開傳熱元件吊換門孔，其高度應(yīng)滿足起吊最高元件籃子包。

(4)準(zhǔn)備傳熱元件更換堆放場地和防雨水措施。

(5)保存好拆下的保溫和外護(hù)板，以備回裝。

5.3.2 施工階段

(1)打開檢修門，拆除徑向、旁路、軸向密封片。

(2)打開外殼傳熱元件檢修門、轉(zhuǎn)子籃子調(diào)換門，拉出冷端傳熱元件包，對稱吊出。

(3)吊出轉(zhuǎn)子熱段和熱段中間層的傳熱元件。

(4)拆去轉(zhuǎn)子?xùn)偶芎蜋M向隔板下端的扁鋼。

(5)按轉(zhuǎn)子改造圖紙要求密封焊接原轉(zhuǎn)子上的籃子調(diào)換門孔。

(6)按轉(zhuǎn)子改造圖紙要求焊接橫向隔板的延長部分。

(7)轉(zhuǎn)子改造完成后逐點檢查、消缺。車削冷段扇形板，找出安裝密封片的平面。

(8)按圖紙要求對稱吊入涂搪瓷的冷段傳熱元件，以同樣方法吊入熱段傳熱元件。

(9)按圖紙要求安裝所有三向密封片，記錄、調(diào)整所有密封副的預(yù)留間隙。

(10)安裝冷端高壓水沖洗的槍管和噴嘴。

(11)對運行前的冷態(tài)檢查項目進(jìn)行檢查、消缺。

(12)冷態(tài)試運行后如無異常，便可封門、恢復(fù)保溫及其外護(hù)板，拆除檢修平臺等。

6 改造后的檢查、運行及效果

6.1 啟動前檢查

(1)轉(zhuǎn)子水平度在允許范圍內(nèi)。

(2)支承軸承座和導(dǎo)向軸承座內(nèi)潤滑油的油位在規(guī)定范圍內(nèi)。

(3)吹灰器調(diào)試正常，噴嘴的行程及角度正確。

(4)檢修門都已恢復(fù)原狀并密封完好。

(5)拆除一切臨時支撐，將設(shè)備周圍及內(nèi)部的雜物和垃圾清掃干凈。

(6)安裝工作結(jié)束后，手動盤車一周，確保無異常。

(7)封閉人孔門。

6.2 試運行階段

在全部項目檢查完畢后，可進(jìn)入冷態(tài)試運行階段，試運6 h后無異音、振動合格且電流處于規(guī)定范圍內(nèi)，同時機(jī)組無“跑冒滴漏”等現(xiàn)象，方可進(jìn)行熱態(tài)試運。

采用軟密封后，在鍋爐機(jī)組初次啟動時，空氣預(yù)熱器電機(jī)電流變化不大(煙溫低于205 ℃或更低)。隨著煙氣溫度升高，空氣預(yù)熱器電機(jī)電流增加，當(dāng)主電機(jī)電流達(dá)到70 %額定電流時，控制煙氣進(jìn)口溫度增大速率小于20 ℃/h；當(dāng)主電機(jī)電流達(dá)到90 %額定電流時，停止進(jìn)口煙溫上升，待電流降到70 %額定電流時，再按20 ℃/h的速率上升，直至達(dá)到滿負(fù)荷。在達(dá)到滿負(fù)荷48～96 h后，空氣預(yù)熱器的軟密封磨合即可完成，運行電流和未裝軟密封空氣預(yù)熱器時的電流基本一致，僅存在微小偏差(小于1 A)。正常運行后，空氣預(yù)熱器的啟動速度就不受軟密封的影響。

6.3 改造效果

改造后，在脫硝系統(tǒng)運行且機(jī)組滿負(fù)荷的情況下，引風(fēng)機(jī)出力還有一些余量，一次風(fēng)溫、二次風(fēng)溫、排煙溫度、空氣預(yù)熱器阻力均達(dá)到預(yù)期值，主電機(jī)電流值和改造前的電流值基本一致。

1 中國大唐集團(tuán)公司，長沙理工大學(xué)．鍋爐設(shè)備檢修[M]．北京：中國電力出版社，2009.

2 張 強(qiáng)．燃煤電站SCR煙氣脫銷技術(shù)及工程應(yīng)用[M]．北京：中國電力出版社，2008.

3 孫克勤，韓 祥．燃煤電廠煙氣脫銷設(shè)備及運行[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.