脫硝空氣預(yù)熱器堵灰的原因及對(duì)策分析

李太興

（大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司，山東 濱州 251909）

0 概 述

大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司的1號(hào)、2號(hào)鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、單爐膛自然循環(huán)汽包鍋爐，采用了擺動(dòng)燃燒器的四角切圓燃燒方式。在直吹式制粉系統(tǒng)中采用了中速磨煤機(jī)。鍋爐構(gòu)架為全鋼結(jié)構(gòu)，爐頂設(shè)有大罩殼，整體呈倒U型布置。

1 設(shè)備布置

每臺(tái)鍋爐配有2臺(tái)半模式、雙密封、三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器，逆轉(zhuǎn)布置。為了節(jié)能減排，在系統(tǒng)中還設(shè)置了脫硝設(shè)備，采用的脫硝工藝為選擇性催化還原法（SCR），脫硝還原劑是液氨。同時(shí)對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行了相應(yīng)改造，將冷端及中間層蓄熱元件，合并改造成鍍有搪瓷的蓄熱元件（高度為1 000mm）。蓄熱元件的材質(zhì)為進(jìn)口低碳鋼，并采用優(yōu)質(zhì)搪瓷釉粉進(jìn)行噴鍍，這種噴鍍工藝被稱為干法靜電噴鍍。加工成形后，蓄熱元件的材料壁厚為1.05mm。另外，將空預(yù)器的冷端吹灰器更換為雙介質(zhì)吹灰器?？疹A(yù)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖1所示。

2 存在問題

魯北公司1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，空預(yù)器出入口的壓差，有明顯的上升趨勢(shì)，尤其是進(jìn)入冬季后，空預(yù)器壓差的增加速率明顯上升，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。對(duì)1號(hào)爐的煙氣壓差進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，壓差的變化曲線，如圖2所示。經(jīng)數(shù)月檢測(cè)，1號(hào)爐空預(yù)器煙氣壓差的數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖3所示。

圖1 空預(yù)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 1號(hào)爐空預(yù)器進(jìn)出煙氣差壓曲線圖（9～12月）

圖3 1號(hào)爐空預(yù)器煙氣差壓數(shù)據(jù)對(duì)比

從圖2、圖3可知，脫硝系統(tǒng)投運(yùn)前，1號(hào)機(jī)組6月至8月的空預(yù)器煙氣壓差，一直維持在1.30kPa左右。自從8月底脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，1號(hào)機(jī)組9月至11月的空預(yù)器煙氣差壓顯著上升。至11月底，當(dāng)鍋爐滿負(fù)荷時(shí)，空預(yù)器的兩側(cè)煙氣差壓分別高達(dá)3.3～3.5kPa。2號(hào)機(jī)組的脫硝系統(tǒng)在連續(xù)噴氨運(yùn)行時(shí)，空預(yù)器的煙氣差壓從1.3kPa上升至1.9 kPa。運(yùn)行至11月后，空預(yù)器的堵灰情況迅速加劇，最大負(fù)荷下的煙氣壓差，分別高達(dá)3.2～3.0 kPa。停機(jī)后，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器有堵灰現(xiàn)象，尤其在冷端處的堵灰狀況更嚴(yán)重。1號(hào)爐空預(yù)器的堵灰狀況，如圖4所示。

圖4 1號(hào)爐空預(yù)器的堵灰狀況

空預(yù)器堵灰不僅增加引風(fēng)機(jī)的電耗，還影響了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。堵灰嚴(yán)重時(shí)，將造成爐膛負(fù)壓的劇烈波動(dòng)、供氧量不足導(dǎo)致的負(fù)荷受限、風(fēng)機(jī)失速搶風(fēng)、MFT等情況的出現(xiàn)。經(jīng)調(diào)研，目前已投產(chǎn)SCR系統(tǒng)的電廠或多或少都出現(xiàn)過類似情況，所以，空預(yù)器堵灰已成為亟待解決的問題。

3 原因分析

通過對(duì)鍋爐空預(yù)器相關(guān)系統(tǒng)的檢查，并對(duì)堵灰成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)低溫腐蝕是造成空預(yù)器堵塞的主要原因，即當(dāng)空氣預(yù)熱器蓄熱元件溫度低于煙氣酸露點(diǎn)時(shí)，硫酸及其它化合物就會(huì)在蓄熱元件壁上凝結(jié)，從而引起預(yù)熱器的堵塞。

3.1 液態(tài)硫酸氫銨的沉積

SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生NH3氣體，逃逸出的NH3與煙氣中的SO3和水蒸氣生成硫酸氫銨凝結(jié)物：NH3＋SO3＋H2O＝NH4HSO4。硫酸氫氨在不同的溫度下，分別呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、顆粒狀。對(duì)于燃煤機(jī)組，煙氣中飛灰含量較高，硫酸氫氨在146～207℃時(shí)為液態(tài)；這個(gè)區(qū)域被稱為ABS區(qū)域。煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)器和空預(yù)器熱段后，排煙溫度被降低，當(dāng)溫度降至185℃以下時(shí)，煙氣中已生成的氣態(tài)硫酸氫銨會(huì)發(fā)生凝固。140～230℃的溫區(qū)位于空預(yù)器常規(guī)設(shè)計(jì)的冷段層上方和中間層下方，硫酸氫銨在此溫區(qū)由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變，因此，具有極強(qiáng)的吸附性，大量灰分會(huì)沉降在空預(yù)器上，引起空預(yù)器堵塞，造成煙氣的流通阻力上升。積灰嚴(yán)重時(shí)，機(jī)組將被迫停運(yùn)，并需及時(shí)對(duì)空預(yù)器進(jìn)行清理。硫酸氫銨的沉積過程，如圖5所示。

圖5 硫酸氫銨沉積圖

氨逃逸的形成是由于在SCR反應(yīng)器內(nèi)NOx與NH3不完全反應(yīng)造成的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)氨的逃逸量小于1mg／L時(shí)，硫酸氫銨的生成量很少，空預(yù)器的堵塞現(xiàn)象不明顯。若氨逃逸量增加至2mg／L，空預(yù)器運(yùn)行半年后的運(yùn)行阻力將增加約30%。若氨逃逸量增加至3mg／L，空預(yù)器運(yùn)行半年后的運(yùn)行阻力將增加約50%。

燃煤含硫量的高低對(duì)排放煙氣中SO3的含量影響很大，如果煙氣中SO3含量高，更易使硫酸氫銨形成。所以，采用不同的煤種，控制SCR系統(tǒng)中氨的逃逸量也不相同。對(duì)于低硫煤（含S量為1%），控制氨的逃逸量＜3mg／L；對(duì)于中硫煤（含S量為1.5%），控制氨的逃逸量＜2mg／L；對(duì)于高硫煤（含S量為3%），控制氨的逃逸量＜1mg／L。

3.2 煤質(zhì)的影響

某年11月，入爐煤收到基硫份平均為1.41%。最高時(shí)，全天入爐煤硫份加權(quán)平均達(dá)2.03%。根據(jù)煙氣酸露點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式［3］：

式（1）中：td—煙氣的酸露點(diǎn)，℃；td，w—按煙氣的水蒸氣分壓力計(jì)算的水露點(diǎn)，℃；β—與過量空氣系數(shù)有關(guān)的系數(shù)；Sar—收到基燃料折算硫分；α—飛灰系數(shù)；Aar—收到基燃料折算灰分。

燃用含硫量較高的燃料時(shí)，不僅使得煙氣中的SO2及SO3氣體含量增加，而且煙氣酸露點(diǎn)隨之上升。煙氣中有更多的SO3氣體與水蒸汽結(jié)合成硫酸蒸汽，隨著溫度的降低凝結(jié)在蓄熱元件表面，進(jìn)而捕捉煙氣中的飛灰，造成了空預(yù)器的堵塞。

3.3 暖風(fēng)器未及時(shí)投入

進(jìn)入11月后，環(huán)境溫度已顯著降低。1號(hào)、2號(hào)爐在該月的送風(fēng)溫度平均為11.59℃、9.85℃，環(huán)比10月分別下降7.64℃、7.69℃。當(dāng)環(huán)境氣溫下降后，若不及時(shí)投運(yùn)暖風(fēng)器，將使鍋爐排煙溫度的進(jìn)一步下降，煙氣溫度極易達(dá)到或低于酸露點(diǎn)下，誘發(fā)空預(yù)器冷端的低溫腐蝕，加劇了空預(yù)器的污堵現(xiàn)象。

3.4 吹灰對(duì)元件的損傷

空預(yù)器經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，部分低溫段蓄熱元件已被吹灰器吹損變形，蓄熱片之間的通道變窄甚至堵塞，造成飛灰無法通過，進(jìn)一步加劇了空預(yù)器的堵灰?，F(xiàn)場(chǎng)檢查中，蓄熱元件被吹損變形的實(shí)物，如圖6所示。

圖6 蓄熱元件被吹損變形

4 應(yīng)對(duì)措施

對(duì)空預(yù)器的局部污堵進(jìn)行了故障分析及處理，現(xiàn)從預(yù)防空預(yù)器的低溫腐蝕著手，總結(jié)了預(yù)防堵灰的經(jīng)驗(yàn)，并可針對(duì)性地采取一些措施。

4.1 脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化及運(yùn)行

SCR裝置在設(shè)計(jì)階段要通過冷態(tài)流動(dòng)模型試驗(yàn)，結(jié)合三維兩相流動(dòng)數(shù)值進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)煙道的流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證達(dá)到流場(chǎng)的均勻；每年定期測(cè)量反應(yīng)器出口NOx濃度，檢查出口NOx不均勻度的情況，并進(jìn)行必要的噴氨優(yōu)化調(diào)整，以改善催化劑入口NOx和NH3的摩爾比；根據(jù)SCR反應(yīng)器內(nèi)氨氮摩爾比分布測(cè)試的情況，對(duì)噴氨格柵系統(tǒng)進(jìn)行必要的改進(jìn)，增大調(diào)節(jié)的范圍和靈活性，保證無論何種情況下都可以保持氨氮摩爾比的均勻性。在脫硝設(shè)備的日常運(yùn)行中，在保證出口NOx滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，降低噴氨濃度，避免過噴現(xiàn)象。

4.2 加強(qiáng)配煤摻燒及燃燒調(diào)整

加強(qiáng)入廠煤含硫量的控制，盡量采購(gòu)低硫煤。加強(qiáng)對(duì)各類煤種的參配工作，防止高硫、高灰分煤種集中進(jìn)入爐膛，控制入爐煤硫份不大于1.0%，同時(shí)加強(qiáng)燃燒調(diào)整，保持合適的過量空氣系數(shù)，減少SOx生成，從而最大限度地降低空氣預(yù)熱器的腐蝕。

4.3 根據(jù)排煙溫度及時(shí)投運(yùn)暖風(fēng)器

在運(yùn)行過程中，可根據(jù)送風(fēng)機(jī)人口溫度及時(shí)投入暖風(fēng)器，并根據(jù)排煙溫度及時(shí)調(diào)整，使其保持合適的開度，以確?？諝忸A(yù)熱器冷端綜合溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。

4.4 加強(qiáng)空氣預(yù)熱器的吹灰和水沖洗工作

吹灰前，應(yīng)將吹灰蒸汽的疏水徹底排凈。吹灰蒸汽應(yīng)保持足夠的過熱度，避免濕蒸汽經(jīng)吹灰器進(jìn)入空氣預(yù)熱器，從而加劇堵灰。脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，可根據(jù)運(yùn)行狀況，提高空預(yù)器吹灰母管的壓力，由原1.05MPa增壓至1.5MPa。重新修訂空預(yù)器吹灰的操作規(guī)定，當(dāng)煙氣壓差大于1.5kPa時(shí)，用蒸汽對(duì)空預(yù)器的吹灰頻次為4小時(shí)／次。當(dāng)煙氣壓差大于2.0kPa時(shí)，用蒸汽對(duì)空預(yù)器的吹灰頻次為2小時(shí)／次。當(dāng)煙氣壓差大于2.5kPa時(shí)，空預(yù)器的蒸汽吹灰將連續(xù)投入。（脫硝系統(tǒng)投運(yùn)前，每天空預(yù)器吹灰器的投運(yùn)時(shí)間約3h）。

4.5 在線水沖洗

具備條件時(shí)進(jìn)行在線水沖洗。經(jīng)調(diào)研，某些電廠為應(yīng)對(duì)堵灰問題，已率先實(shí)施了空預(yù)器的在線水沖洗。沖洗后，壓差由2.7kPa降至1.5kPa，且未對(duì)鍋爐的運(yùn)行產(chǎn)生影響。

5 結(jié) 語

在增加SCR脫硝系統(tǒng)后，引起空氣預(yù)熱器堵塞的主要原因是硫酸氫銨的生成。硫酸氫銨冷凝后附著在受熱面上，并捕捉煙氣中的飛灰造成預(yù)熱器堵塞。因此，通過噴氨優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行調(diào)整，控制氨的逃逸率，是減輕脫硝空預(yù)器堵灰的主要措施。此外，應(yīng)嚴(yán)格控制入爐煤質(zhì)的含硫量。根據(jù)壓差變化，及時(shí)投運(yùn)暖風(fēng)器、吹灰器、水沖洗等設(shè)備，避免低溫腐蝕也是控制空預(yù)器堵灰的措施之一。