司志民

(大唐國際張家口發(fā)電廠，張家口 075133 )

0 引 言

河北某發(fā)電廠空氣預(yù)熱器是東方鍋爐廠采用美國CE技術(shù)生產(chǎn)制造的三分倉容克回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器。采用逆流式再生熱交換，側(cè)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(zhuǎn)方向：煙氣→二次風(fēng)→一次風(fēng)→煙氣。

2011年-2014年，空氣預(yù)熱器結(jié)合脫硝進(jìn)行了相應(yīng)改造，更換了熱端蓄熱元件，高度1 000 mm、材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)碳鋼、材質(zhì)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(zhì)為進(jìn)口專用搪瓷鋼。

近年來環(huán)保指標(biāo)的超低排放，使得空預(yù)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(yù)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(jīng)過如下兩個反應(yīng)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(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、顆粒狀固態(tài)，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(tài)的硫酸氫銨是一種粘性很強(qiáng)的物質(zhì) ,很容易在空預(yù)器沉積，并促使大飛灰附著于空預(yù)器，造成空預(yù)器的堵灰，減小空預(yù)器內(nèi)流通截面積，增大預(yù)熱器阻力，降低換熱效率，且預(yù)熱器冷端蓄熱元件底部位置尤為嚴(yán)重[2]。

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

嚴(yán)重時，在預(yù)熱器下游設(shè)備，包括吸風(fēng)機(jī)和除塵器均有發(fā)現(xiàn)硫酸氫氨的沉積，造成出力下降，影響機(jī)組的安全運(yùn)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(chǎn)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(shè)定NH3/NOx的摩爾比；(3)溫度；(4)催化劑堵塞與老化。

當(dāng)反應(yīng)器入口管道設(shè)計不合理時 ，會引起反應(yīng)器截面上的NH3/NOx摩爾比、流量或溫度出現(xiàn)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(xué) (CFD)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,模擬煙氣流量和流速,確定導(dǎo)流葉片的類型、數(shù)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(diào)整噴氨格柵(AIG)各個噴口,使NH3混合均勻,達(dá)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(chǎn)生催化作用，氧化為SO3[5-7]。當(dāng)NH3/SO3摩爾比大于2時，會產(chǎn)生硫酸氫銨。

據(jù)國外經(jīng)驗，當(dāng)氨體積濃度為(3-5)×10-6時，3～6個月就能使空預(yù)器阻力上升1倍，迫使機(jī)組停爐清理堵灰[8-9]。

當(dāng)氨逃逸率在1 ppm以下時，硫酸氫銨生成很少，空預(yù)器堵塞現(xiàn)象不明顯，若氨逃逸率增加到2 ppm，空預(yù)器運(yùn)行半年后其阻力增加約30%，若氨逃逸率增加到3 ppm，空預(yù)器運(yùn)行半年后其阻力增加約50%，其引風(fēng)機(jī)出力相應(yīng)增加[10]。

為有效降低硫酸氫銨在空預(yù)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(yù)器堵塞的直接體現(xiàn)是預(yù)熱器前后的差壓增大，而差壓增大會導(dǎo)致：

(1)引風(fēng)機(jī)送風(fēng)機(jī)出力增大，甚至使風(fēng)機(jī)工作在不穩(wěn)定區(qū)間，造成失速。

(2)造成一二次風(fēng)量及爐膛負(fù)壓的周期性波動，影響燃燒穩(wěn)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(yīng)力，從而造成上下軸承的損壞甚至空預(yù)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(jī)組運(yùn)行與維護(hù)的角度考慮，空預(yù)器堵塞的原因可以歸結(jié)為以下幾點：

(1)經(jīng)常性執(zhí)行彈性減排環(huán)保指標(biāo)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(jié)垢腐蝕堵塞；

(2)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行，脫硝入口煙氣溫度低，催化劑活性下降，導(dǎo)致過量噴氨更加嚴(yán)重，空氣預(yù)熱器冷端產(chǎn)生的硫酸氫銨粘結(jié)在蓄熱元件上造成堵塞；

(3)脫硝出入口NOx測點不準(zhǔn)，脫硝自動無法投入運(yùn)行，手動調(diào)整難以適應(yīng)負(fù)荷變化，只能依靠脫硫側(cè)NOX濃度測點手動調(diào)整。

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

(5)催化劑投運(yùn)時間超設(shè)計壽命，活性低于設(shè)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(shè)計值，額外增大鍋爐排放煙氣脫除負(fù)擔(dān)。

(7)脫硝系統(tǒng)在低負(fù)荷運(yùn)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(yù)熱器的堵塞和腐蝕。

(8)冬季進(jìn)入空預(yù)器的空氣溫度低，加重了硫酸氫銨對空預(yù)器的堵塞；

(9)空預(yù)器漏風(fēng)的影響。預(yù)熱器漏風(fēng)使局部SO3露點升高，容易在蓄熱元件上發(fā)生低溫腐蝕。

(10)停機(jī)檢修時間短，導(dǎo)致空預(yù)器沖洗、干燥時間不足，風(fēng)機(jī)開啟后煙氣攜帶水份，造成灰分板結(jié)，加重空預(yù)器的堵塞。

4 應(yīng)對措施及建議

針對空氣預(yù)熱器發(fā)生堵灰的各方面原因，從優(yōu)化調(diào)整與檢修維護(hù)的兩大角度提出以下應(yīng)對措施，希望能在空氣預(yù)熱器堵灰的問題上有所效果，提高機(jī)組運(yùn)行效率改善機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。

(1)及早發(fā)現(xiàn)采取應(yīng)對措施。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某臺鍋爐預(yù)熱器差壓有增大趨勢時，運(yùn)行人員輪流提高左、右側(cè)排煙溫度至150～160 ℃的方式來緩解硫酸氫銨堵塞；

(2)對于有預(yù)熱器堵塞的機(jī)組，應(yīng)盡量暫緩執(zhí)行NOX彈性排放；

(3)堅持對空預(yù)器“逢停必沖”，時間控制上，嚴(yán)格執(zhí)行兩遍沖洗、通風(fēng)干燥不少于24小時的規(guī)定；

(4)冬季時，及時投入一次風(fēng)暖風(fēng)器運(yùn)行；

(5)在保證氮氧化物小時均值不超標(biāo)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(wěn)定運(yùn)行的情況下，通過燃燒調(diào)整，控制氮氧化物量；

(7)適當(dāng)增加空氣預(yù)熱器吹灰時間以及吹灰次數(shù)，來保證空預(yù)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(jīng)常檢查噴氨格柵管道的溫度情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)利用機(jī)組停運(yùn)機(jī)會對其進(jìn)行疏通處理，保證氨氣與NOx的良好混合。

(10)做好空預(yù)器漏風(fēng)率控制，利用機(jī)組檢修及停運(yùn)機(jī)會，做好預(yù)熱器漏風(fēng)治理。

如果發(fā)現(xiàn)空預(yù)器壓差大時，應(yīng)該采取以下措施：

(1)鍋爐引風(fēng)機(jī)動葉開度上限至80%，防止失速；

(2)空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)差壓在2.8 kPa(取兩側(cè)最大值)時，機(jī)組禁止升負(fù)荷。

(3)鍋爐在低負(fù)荷時通過調(diào)整減少送風(fēng)機(jī)風(fēng)量使空氣預(yù)熱器差壓高的一側(cè)通過提高排煙溫度在160 ℃進(jìn)行硫酸氫氨加熱分解，兩側(cè)定期進(jìn)行切換分解，機(jī)組做好送風(fēng)機(jī)調(diào)整和鍋爐燃燒調(diào)整。

5 結(jié)束語

隨著機(jī)組投運(yùn)時間的增長以及近年來環(huán)保指標(biāo)的提高，空氣預(yù)熱器堵灰在燃煤電廠成了重要問題。

針對預(yù)熱器的堵灰問題，文中總結(jié)了運(yùn)行與維護(hù)過程中可以采取的一些措施，并通過加強(qiáng)脫硝運(yùn)行管理，實際預(yù)熱器運(yùn)行可以達(dá)到正常。