陳玉華

（國電長源荊州熱電有限公司湖北荊州434000）

脫硝空氣預(yù)熱器改造總結(jié)及效果評估

陳玉華

（國電長源荊州熱電有限公司湖北荊州434000）

國電長源荊州熱電有限公司2×330MW機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的1025t/h亞臨界燃煤鍋爐，每臺鍋爐配有兩臺容克式三分倉空氣預(yù)熱器。2013年11月和2014年6月對#2爐和#1爐分別進(jìn)行了脫硝增容改造，為適應(yīng)脫硝運(yùn)行的要求，對空預(yù)器進(jìn)行了同步改造。本文介紹了脫硝空氣預(yù)熱器的改造方案，對改造后的運(yùn)行情況進(jìn)行了總結(jié)及效果評估。

脫硝改造；脫硝空氣預(yù)熱器改造；空氣預(yù)熱器密封改造

1 項(xiàng)目背景

隨著國家節(jié)能減排工作的不斷深入，新版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）要求，NOx排放限值為100mg/Nm3。現(xiàn)在燃煤鍋爐均已安裝脫硝系統(tǒng)，其中絕大部分采用SCR脫硝方式，其原理是向煙氣中噴入NH3，NH3在催化劑的作用下和煙氣中的NOx反應(yīng)，將其還原為氮?dú)?，其主要反?yīng)如下：

然而，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡原理及實(shí)際情況，NH3完全反應(yīng)是很難的，SCR脫硝方式運(yùn)行中必然發(fā)生部分氨逃逸，氨逃逸率一般在3ppm以下，殘留氨氣會與煙氣中SO3和水蒸汽反應(yīng)，會生成硫酸銨和硫酸氫銨：

硫酸氫銨從氣態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變溫區(qū)正好處在流經(jīng)空氣預(yù)熱器的部分煙氣溫度區(qū)間。由于液態(tài)硫酸氫氨是一種高粘性液態(tài)物質(zhì)，易冷凝沉積在空預(yù)器換熱元件表面，吸附煙氣中粉塵，造成空氣預(yù)熱器堵塞、換熱元件腐蝕，嚴(yán)重影響脫硝機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

燃煤鍋爐爐膛內(nèi)煙氣中的SO2約有0.5%～1.0%被氧化成SO3。加裝SCR系統(tǒng)后，催化劑在把NOx還原成N2的同時(shí)，還會增加SO2的氧化率，約有1.0%的SO2會被氧化成SO3。當(dāng)煙氣中SO3濃度在5μL/L以上時(shí)，空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕將很嚴(yán)重，同時(shí)也形成了較多的酸性粘結(jié)灰。此外，在空氣預(yù)熱器的煙氣入口段除了酸性粘結(jié)灰的粘結(jié)和腐蝕外，還會被從爐內(nèi)和過熱器區(qū)域帶來的燒結(jié)灰和渣粒所堵塞，影響空氣預(yù)熱器的正常運(yùn)行。

因此在機(jī)組增加脫硝設(shè)備后，必須同步對空氣預(yù)熱器進(jìn)行改造。本文結(jié)合國電長源荊州熱電有限公司空氣預(yù)熱器改造，介紹脫硝系統(tǒng)運(yùn)行造成空氣預(yù)熱器堵塞的控制措施，以及消除或減少脫硝引起空氣預(yù)熱器堵塞對機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響，同時(shí)提高空氣預(yù)熱器換熱性能。

2 設(shè)備概況

國電長源荊州熱電有限公司2×330機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界燃煤鍋爐，型號為SG-1025/ 17.5-M738，每臺鍋爐配有兩臺容克式三分倉空氣預(yù)熱器。空氣預(yù)熱器元件分為兩層布置，熱端換熱元件高度1100mm（DU3波形），冷端換熱元件高度1000mm，材質(zhì)為考登鋼(corten鋼)，轉(zhuǎn)子高度為2581mm。機(jī)組同步建設(shè)了脫硝裝置，按照脫硝裝置入口NOx濃度450mg/ Nm3，出口濃度225mg/Nm3設(shè)計(jì)，脫硝效率為50%，脫硝還原劑為液氨。空預(yù)器配套有蒸汽吹灰器及高壓水沖洗系統(tǒng)。#1、#2機(jī)組分別于2009年8月和2009年12月投入商業(yè)運(yùn)行。

3 脫硝改造后空預(yù)器運(yùn)行情況

為滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的要求，2013年11月和2014年6月對#2爐和#1爐進(jìn)行了脫硝提效增容改造，脫硝效率提升為75%。

由于脫硝提效增容改造的同時(shí)并未對空預(yù)器同步進(jìn)行改造，空預(yù)器堵塞情況嚴(yán)重。2014年7月9日，#1爐在負(fù)荷270MW下，左右側(cè)空預(yù)器煙氣側(cè)阻力分別為2100Pa和2900Pa（設(shè)計(jì)值為1195 Pa（BRL工況））。數(shù)據(jù)表明空預(yù)器存在嚴(yán)重堵塞。2014年7月8日，并由于空預(yù)器堵塞，導(dǎo)致#1爐B引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速報(bào)警，鍋爐被迫降負(fù)荷（由294MW降至235MW）運(yùn)行。同時(shí)，在機(jī)組停機(jī)檢修期間分別對兩臺鍋爐空預(yù)器進(jìn)行檢查，空預(yù)器冷端換熱元件及密封片已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕，降低了空預(yù)器換熱元件的換熱效率，影響空預(yù)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

空預(yù)器冷端堵塞情況及換熱元件損壞照片如下：從照片中可以看出鍋爐脫硝增容改造后對原空預(yù)器換熱元件形成嚴(yán)重堵塞及損壞。

圖1 空預(yù)器冷端換熱元件

圖2 空預(yù)器冷端熱端換熱元件

4 空預(yù)器改造實(shí)施方案

為滿足對空氣預(yù)熱器正常運(yùn)行的要求，確?？諝忸A(yù)熱器正常穩(wěn)定、安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在原空預(yù)器外殼及各支撐鋼梁不變動的情況下進(jìn)行改造，主要改造方案為：更換#1爐空預(yù)器冷、熱端換熱元件，冷端元件改為搪瓷元件，重新選擇冷端換熱元件波形；同時(shí)更換冷、熱端徑向柔性密封片，空預(yù)器隔板倉改造和軸向旁路密封片修復(fù)等。

4.1 重新選擇冷端和熱端換熱元件的波形

根據(jù)脫硝空預(yù)器的特點(diǎn)，重新選擇冷端和熱端換熱元件的波形，原則是采用流通阻力小的大通道波形，能有效的防止硫酸氫銨粘結(jié)，空預(yù)器堵灰，從而降低空預(yù)器運(yùn)行阻力。

換熱元件仍分為兩層布置，冷端波形采用大通道“L”波形（防堵灰效果好）高度為1150mm，通過計(jì)算及類似煤種在其它電廠空氣預(yù)熱器上面的實(shí)踐，可以包含硫酸氫銨腐蝕區(qū)間，防止硫酸氫銨的越界腐蝕。熱端波形采用DU波形，元件高度為1230mm。

熱端元件材質(zhì)為SPCC，波形板均勻、緊密無松散。

4.2 冷端換熱元件改為鍍搪瓷元件

冷端元件更換為鍍搪瓷元件，基材為搪瓷專用零碳鋼；瓷釉粉為原裝優(yōu)質(zhì)進(jìn)口瓷粉，采用最先進(jìn)的靜電干法一次噴涂鍍搪瓷工藝，，經(jīng)過近幾年的實(shí)踐證明，該工藝的搪瓷元件壽命及性能要明顯優(yōu)于別的工藝，已成為整個(gè)空預(yù)器市場的主流工藝。單面搪瓷厚度0.15～0.2mm，冷端元件在結(jié)構(gòu)上不易堵灰或掛灰，定位板與波紋板容易清洗，在保證熱力參數(shù)的前提下，使用“L”型的傳熱元件更容易清洗、吹灰壓力衰減小，從而可以降低因堵灰而增加的阻力。搪瓷元件可以防止低溫腐蝕，搪瓷表面比較光滑，受熱元件不易粘附粘結(jié)物，即使粘附也易于清除，可提高冷端的抗粘附特征。以利于飛灰等粘結(jié)物的清除。易于涂搪瓷，通透性好，對堵灰不敏感，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，涂搪瓷過程中不易崩裂。

搪瓷鍍層均勻牢固，表面光滑平整。搪瓷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行BS EN14866：2005。

4.3 對空預(yù)器的隔倉及密封進(jìn)行改造

密封系統(tǒng)改造包括重新設(shè)計(jì)、制作徑向密封片，壓板及緊固件并更換。按照改造后的空氣預(yù)熱器運(yùn)行性能及轉(zhuǎn)子載重，重新計(jì)算三向密封間隙，現(xiàn)場安裝時(shí)仔細(xì)調(diào)整；在固定硬密封的基礎(chǔ)上加裝一套柔性接觸式密封，從而進(jìn)一步降低漏風(fēng)率。通過降低空預(yù)器的漏風(fēng)率，可以提高空預(yù)器冷端的綜合平均溫度，也減少了冷端低溫腐蝕堵塞的可能性。

4.4 主要運(yùn)行控制措施

1）適當(dāng)提高冷端綜合溫度：適當(dāng)打開熱風(fēng)再循環(huán)，提高冷端綜合溫度能夠有效地防止冷端低溫腐蝕堵塞，排煙溫度提高也可以降低硫酸氫銨堵塞的高度，更利于吹灰器吹掃；

2）調(diào)整空預(yù)器冷、熱端吹灰器步退時(shí)間，通過吹灰器槍管的步退行程的距離確定將步退時(shí)間由原來的10S改為5S，保證吹灰蒸汽全覆蓋，以達(dá)到較好的吹灰效果，減輕空預(yù)器堵塞狀況。

3）適當(dāng)增加吹灰頻率，提高吹灰壓力，保證吹灰蒸汽品質(zhì)，適當(dāng)提高吹灰頻率有助于改善空預(yù)器壓差增大情況，但此手段是應(yīng)急手段，不能作為常規(guī)運(yùn)行手段進(jìn)行長期高壓力、高頻次的吹掃，以免空預(yù)器換熱元件受到吹損。吹灰壓力最高不要高于1.6MPa，在壓差下降以后立即恢復(fù)正常吹灰。正常吹灰壓力維持1.3 MPa，同時(shí)將吹灰疏水溫度由220℃提高至260℃，保證吹灰蒸汽的充分疏水及足夠的過熱度，防止蒸汽帶水損傷搪瓷元件，從而保證蒸汽吹灰達(dá)到最佳效果。

4）嚴(yán)格控制噴氨量與氨逃逸率控制氨逃逸量，日常運(yùn)行過程中，定期進(jìn)行氨噴射系統(tǒng)的噴氨流量平衡調(diào)整，防止局部氨逃逸量過大。機(jī)組檢修時(shí)檢查噴氨格柵是否發(fā)生泄漏或噴氨格柵局部噴嘴是否堵塞。防止催化劑壓損過大或發(fā)生堵塞。每次停爐對催化劑外觀進(jìn)行全面檢查，活性部位的燒結(jié)、活性部位的減損、催化劑的微孔堵塞或催化劑內(nèi)部流道堵塞等。定期對氨氣逃逸率表計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，保證其準(zhǔn)確可靠。保證噴氨調(diào)整門的開度與流量特性曲線良好,避免調(diào)整門微動而流量大幅增加或減少。

5 改造后運(yùn)行效果

#1鍋爐空氣預(yù)熱器改造于2015年9月5日至10月5日實(shí)施，機(jī)組運(yùn)行后由國電科學(xué)技術(shù)研究院武漢電力技術(shù)分院于2016年1月24日至1月27日對#1爐空預(yù)器進(jìn)行性能試驗(yàn)。性能試驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

從上表的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過改造后的空預(yù)器運(yùn)行各項(xiàng)性能都滿足設(shè)計(jì)保證值的指標(biāo)要求，改造達(dá)到了預(yù)期的效果。

結(jié)語

根據(jù)國電長源荊州熱電有限公司#1鍋爐空氣預(yù)熱器實(shí)際運(yùn)行情況，制定了合理的技術(shù)改造路線和詳細(xì)的改造方案并實(shí)施，確保空氣預(yù)熱器安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)改造，空氣預(yù)熱器換熱效果提升，風(fēng)溫上升，排煙溫度降低，煙氣側(cè)阻力下降，達(dá)到了改造目的。

[1]馮俊凱，沈幼庭主編?！跺仩t原理及計(jì)算》。第二版。

北京：科學(xué)出版社，1992

[2]應(yīng)精良，李永華主編?！峨娬惧仩t空氣預(yù)熱器》。第一版。中國電力出版社，2002

[3]黃有強(qiáng)，《脫硝空預(yù)器及空預(yù)期密封同期改造總結(jié)及效果評估》。全國第八屆電站鍋爐專業(yè)技術(shù)交流會論文集