SCR脫硝機(jī)組空預(yù)器換熱元件的選型分析

沈利

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江杭州310003)

SCR脫硝機(jī)組空預(yù)器換熱元件的選型分析

沈利

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江杭州310003)

硫酸氫銨的堵灰和低溫腐蝕是影響SCR脫硝機(jī)組空預(yù)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。換熱元件的板型是空預(yù)器的關(guān)鍵部分，而相應(yīng)的選型需要考慮其傳熱、阻力性能和防腐蝕這三方面的因素。著重分析了國內(nèi)5家空預(yù)器生產(chǎn)廠家的換熱元件各板型的適用范圍及特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出在設(shè)計(jì)階段相應(yīng)的選型推薦方案。鍋爐增加SCR脫硝系統(tǒng)后，它的運(yùn)行將對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)或改造成型后的空預(yù)器產(chǎn)生影響，因而在后期運(yùn)行方面提出幾點(diǎn)運(yùn)行管理建議及清洗要求。

SCR脫硝;空預(yù)器;換熱元件;板型;選型分析

0 引言

空預(yù)器的作用是利用廢煙氣中的大量熱能預(yù)熱進(jìn)入鍋爐中的冷空氣，從而提高鍋爐效率，達(dá)到節(jié)省燃煤的作用。換熱元件的設(shè)計(jì)應(yīng)保證從煙氣至換熱元件、從換熱元件至空氣最有效的換熱性能。

低溫腐蝕和堵灰是影響空預(yù)器和鍋爐長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的主要因素，對(duì)于SCR(Selective Catalytic Reduction)脫硝空預(yù)器尤為突出。為防止空預(yù)器在運(yùn)行中發(fā)生冷端換熱元件的低溫腐蝕、酸沉積及硫酸氫銨(Ammonium bisulfate，ABS)堵灰，實(shí)際中所配套的SCR空預(yù)器冷端換熱元件需采用國外進(jìn)口的鍍搪瓷換熱元件。

硫酸氫銨一般在150～200℃的溫度范圍內(nèi)易形成堵塞現(xiàn)象，而這一溫度段正好在空預(yù)器的中低溫段，這會(huì)影響空預(yù)器的阻力，并對(duì)空預(yù)器的清洗能力提出了新的要求［1－2］。針對(duì)SCR空預(yù)器會(huì)有硫酸氫銨(ABS)堵灰的現(xiàn)象，一般可根據(jù)空預(yù)器溫度場(chǎng)的分布來優(yōu)化冷端換熱元件的高度，使冷端酸沉積和硫酸氫銨堵灰完全處在冷端換熱元件中，以防止空預(yù)器發(fā)生異常堵灰。換熱元件是空預(yù)器的關(guān)鍵部分，因此保證其傳熱、阻力性能和防腐蝕的可靠性是極其重要的，當(dāng)前電廠因脫硝改造的施行，空預(yù)器也進(jìn)行升級(jí)改造，換熱元件的材質(zhì)和板型應(yīng)同樣進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化后也需相應(yīng)的配套改造。

1 各換熱元件板型種類及適用場(chǎng)合

換熱元件是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的核心部件，因此保證其傳熱、阻力性能和防腐蝕的可靠性是極其重要的。國內(nèi)主要的空預(yù)器生產(chǎn)家包括上海鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐(集團(tuán))、豪頓華工程有限公司和無錫巴克杜爾技術(shù)公司共5家單位。下面分別對(duì)其生產(chǎn)的空預(yù)器換熱元件的板型及適用場(chǎng)合進(jìn)行了分析。

1.1 上海鍋爐廠有限公司

上海鍋爐廠有限公司的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器是基于從阿爾斯通(ALSTOM)公司引進(jìn)技術(shù)，具有品種多、系列全的特點(diǎn)，具體如表1所示［1］。

表1 換熱元件的板型和適用范圍

1.2 哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司

哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的換熱元件的板型和使用范圍如下［1］:DUN(FNC)用于不易結(jié)渣(酸性灰)煤(熱段換熱面)，油或氣燃料(全部換熱面);DN3 (DL3)用于易結(jié)渣酸性灰煤、堿性灰煤和高灰煤、油或氣燃料，有較多疏灰直通道，能大大改善元件堵灰;DU3(UNU)用于輕微結(jié)渣性灰煤、油或氣燃料; NF3.5(NF6)適用煤燃料、結(jié)細(xì)長(zhǎng)渣或高水分煤、其他煤種冷段布置;DFC適用全部燃料，特點(diǎn)為高換熱、抗堵灰、易清洗，主要用于脫硝預(yù)熱器。

1.3 東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司

目前常用的型式主要包括DU、NF和DUF這三種，具體如下［1］:DU專門用在空預(yù)器的熱端，具有最好的熱交換性能，對(duì)于一定的熱量所需的元件量最少;NF主要用在常規(guī)空預(yù)器的冷端，一般為大波紋波形，使灰更容易排出，并可防止低溫段腐蝕，有效防止空預(yù)器的冷端堵塞;DUF針對(duì)脫硝空預(yù)器專門設(shè)計(jì)的板型，具有高換熱效率和低阻力特性，用在空預(yù)器的冷端，可有效防止硫酸氫銨的堵塞。

1.4 豪頓華工程有限公司

目前經(jīng)常使用的有5種型式的換熱元件波紋板，具體如下［1］:HS6是最簡(jiǎn)單的一種換熱元件，換熱性能較低，目前很少使用。HS7特別適合于國內(nèi)的煤種，可以在熱端、中溫段和冷端中選用;HS8可以在熱端、中溫段和冷端中選用，也可用于鍍搪瓷換熱元件;HS9可以在熱端、中溫段和冷端中選用，是一種更開放的換熱元件，傳熱效率較HS7和HS8低，但具有較高的清洗效率;HS20可以在熱端、中溫段和冷端中選用，具有最好的傳熱性能。

1.5 無錫巴克杜爾技術(shù)有限公司

無錫巴克杜爾公司的熱交換器特別適用于空間小、傳熱效率要求高的應(yīng)用場(chǎng)合，采用有效而可靠的清灰系統(tǒng)，使設(shè)備運(yùn)行阻力維持在極低的水平。波紋板型主要包括LS型和KW(或CU)板型，其中，LS適用在煙氣－煙氣換熱器和脫硝空預(yù)器中;KW/CU只推薦應(yīng)用在部分空預(yù)器熱端。

2 SCR脫硝機(jī)組空預(yù)器的技術(shù)要求

2.1 換熱元件設(shè)計(jì)或改造要求

基于上述的各空預(yù)器廠家的換熱元件板型及適用場(chǎng)合的分析，為有效防止脫硝對(duì)空預(yù)器帶來的影響，應(yīng)對(duì)脫硝空預(yù)器的受熱面結(jié)構(gòu)做如下的要求:

(1)空預(yù)器換熱元件由三段布置改為兩段，主要是使冷端涵蓋液態(tài)硫酸氫銨的生成溫度范圍，這樣就避免了在硫酸氫銨沉積區(qū)域分段、空預(yù)器分段處局部堵灰狀況的惡化造成的瓶頸［3］。

(2)鑒于換熱元件的板型影響運(yùn)行阻力、換熱、磨損等指標(biāo)，故空預(yù)器熱段宜采用強(qiáng)化換熱的板型，冷段宜采用便于吹灰疏通的板型。

對(duì)配有SCR脫硝的鍋爐空預(yù)器，冷段換熱元件高度需在所有SCR運(yùn)行負(fù)荷范圍內(nèi)滿足硫酸氫銨沉積物全部沉積在冷段內(nèi)部;對(duì)采用高硫煤(含硫量大于1.5%)等的使用場(chǎng)合，冷段換熱元件宜使用搪瓷表面?？疹A(yù)器冷、熱段換熱元件設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮因素表具體如下表2所示。

表2 換熱元件設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮因素表

(3)脫硝空預(yù)器冷端換熱元件材料的選用應(yīng)綜合考慮燃煤含硫量、灰硫比、SCR脫硝中SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率等因素，以防換熱元件發(fā)生腐蝕和堵灰。

2.2 換熱元件的選型推薦

綜合分析選出適用于SCR脫硝空預(yù)器冷、熱段換熱元件的板型，如表3所示。

表3 SCR空預(yù)器換熱元件選型結(jié)果

2.3 運(yùn)行管理及清洗要求

(1)控制硫酸氫銨的生成，從源頭上控制空預(yù)器的堵灰。在機(jī)組脫硝的噴氨調(diào)試時(shí)盡量使噴氨格柵分配均勻，減輕局部噴氨過量的影響。在運(yùn)行中要控制氨逃逸率，不能盲目地靠增加噴氨量來提高脫硝效率［4］。

(2)加強(qiáng)煤質(zhì)控制，優(yōu)化設(shè)定脫硝設(shè)施停止噴氨運(yùn)行的溫度;運(yùn)行中嚴(yán)控空預(yù)器的壓差，并加強(qiáng)吹灰優(yōu)化的管理，包括吹灰方式、吹灰頻率、吹灰介質(zhì)壓力等方面。

(3)對(duì)于脫硝空預(yù)器，在冷、熱端設(shè)置蒸汽和高壓水的雙介質(zhì)吹灰器［5］。吹灰清洗模式為:蒸汽作為常吹，高壓水沖洗為在線微量沖洗。

(4)空預(yù)器在正常條件下運(yùn)行只需定期吹灰，當(dāng)定期吹灰無法去除換熱元件的積灰而保持換熱元件的潔凈，則應(yīng)分析原因。

(5)利用機(jī)組停運(yùn)機(jī)會(huì)對(duì)空預(yù)器進(jìn)行清洗也是保持換熱元件清潔和高效換熱的有效方式。

3 結(jié)語

(1)空預(yù)器的板型選用應(yīng)考慮傳熱性能、防堵性能與防腐蝕性能。熱段宜優(yōu)先考慮傳熱性能，冷段宜優(yōu)先考慮防堵性能，針對(duì)不同的空預(yù)器，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段(或改造前)選用適宜的換熱元件板型。

(2)SCR空預(yù)器冷段換熱元件材料的選用應(yīng)綜合考慮燃煤含硫量、灰硫比等因素，并同時(shí)結(jié)合換熱元件板型的選型，以防SCR空預(yù)器換熱元件發(fā)生腐蝕和堵灰。

(3)鍍搪瓷換熱元件是防止空預(yù)器換熱元件低溫段堵灰的有力措施。先進(jìn)的鍍搪工藝所帶來的搪瓷層的高耐腐蝕性，是鍍搪元件壽命的保證，尤其是在脫硝空預(yù)器低溫酸蝕的環(huán)境當(dāng)中。

(4)保證脫硝空預(yù)器換熱元件的清潔，定期除灰是最有效的手段。鍋爐增加SCR脫硝系統(tǒng)后，為能夠有效清洗空預(yù)器換熱元件的受熱面，應(yīng)在空預(yù)器冷、熱端配置蒸汽和高壓水的雙介質(zhì)吹灰器。

［1］中國華電工程(集團(tuán))有限公司，上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院.煙風(fēng)與煤粉制備系統(tǒng)設(shè)備(大型火電設(shè)備手冊(cè))［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］鐘禮金，宋玉寶.鍋爐SCR煙氣脫硝空預(yù)器堵塞原因及其解決措施［J］.熱力發(fā)電，2012，41(8):45－48.

［3］西安熱工研究院.火電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2013.

［4］尹進(jìn).1000MW超超臨界機(jī)組同步脫硝空預(yù)器優(yōu)化［J］.科技視界，2011(25):87－89.

［5］馬雙忱，金鑫，孫云雪，等.SCR煙氣脫硝過程硫酸氫銨的生成機(jī)理與控制［J］.熱力發(fā)電，2010，39(8):12－17.

Selection analysis on template of air pre－h(huán)eater for Selective Catalytic Reduction denitration units

Ash fouling from ammonium bisulfate and low temperature corrosion is an important factor which air pre－h(huán)eater is in long－term and stable motion for Selective Catalytic Reduction Denitration Units.Template of heat exchange element is key component for air pre－h(huán)eater，and performance of heat transfer、resistance and anticorrosion is taken into account for selection of air pre－h(huán)eater.Scope of application and characteristic for various templates of heat exchange element in the five domestic manufacturers of air pre－h(huán)eater are emphatically analyzed in this article，after that，schemes of selection are put forward in the design stage.SCR denitration device is installed in boilers，which will influence on air pre－h(huán)eater that has been designed or reformed，therefore several management recommendations and cleaning requirements are put forward.

SCR denitration;air pre－h(huán)eater;heat exchange element;template;selection analysis

TK226

B

1674－8069(2016)026－03

2015-11-16;

2016-01-23

沈利(1985-)，男，浙江臺(tái)州人，碩士，工程師，主要從事鍋爐燃燒優(yōu)化、熱力試驗(yàn)與節(jié)能改造工作。E－mail:shenli0001@ 163.com