某電廠600MW脫硝機(jī)組空氣預(yù)熱器堵塞處置措施

丁開瑞，馬更生，郭玉安

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長治 046021）

某電廠600MW脫硝機(jī)組空氣預(yù)熱器堵塞處置措施

丁開瑞，馬更生，郭玉安

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長治 046021）

某電廠600MW機(jī)組選擇性催化還原煙氣脫硝裝置運(yùn)行3年后，空氣預(yù)熱器堵塞壓降增大。通過分析硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器處生成析出附集的機(jī)理，采取調(diào)整吹灰器吹灰方式、控制煙氣中反應(yīng)物含量、合理摻配煤與配風(fēng)等措施，從而抑制空氣預(yù)熱器區(qū)域硫酸氫銨的生成和附集，降低了空氣預(yù)熱器的壓降，達(dá)到保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行和提高年利用小時(shí)數(shù)的目的。

煙氣脫硝；空氣預(yù)熱器；硫酸氫銨；堵塞

0 引言

某電廠600 MW燃煤機(jī)組采用低氮燃燒器，配套同步建設(shè)選擇性催化還原 SCR(Selective Catalytic Reduction)脫硝裝置。脫硝裝置采用高溫、高塵布置，布置于省煤器與空氣預(yù)熱器間的煙道中。脫硝催化劑采用日立公司生產(chǎn)的板式催化劑，至今已運(yùn)行了21 000多h?？諝忸A(yù)熱器為上海鍋爐廠生產(chǎn)的三分倉容克式回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器，換熱元件總高2 100 mm，分2層布置，冷端換熱元件為搪瓷鍍層，高度為1 000 mm。吹灰器選用PS-AT型半伸縮式吹灰槍，每臺(tái)空氣預(yù)熱器在煙氣側(cè)上下各布置1臺(tái)。在2013年10月空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)壓降逐漸增大，并達(dá)1 669 Pa，遠(yuǎn)超鍋爐最大連續(xù)出力工況下1 313 Pa的設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)電流增大、搶風(fēng)失速，嚴(yán)重影響機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)電廠技術(shù)人員初步分析，硫酸氫銨在換熱元件的附集是空氣預(yù)熱器壓降增大的根源。并針對硫酸氫銨的生成析出機(jī)理制定了相應(yīng)的消堵處置措施，且預(yù)期效果十分明顯。

1 硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器處生成機(jī)理

煤粉燃燒產(chǎn)生的煙氣含有大量的NOx、SOx等污染性氣體，為保護(hù)自然環(huán)境，減少污染，在煙氣排放前，必須采取煙氣凈化，只有煙氣中污染物含量達(dá)標(biāo)時(shí)，才能排入大氣中，燃煤電廠煙氣脫硝過程如圖1所示。目前，除去煙氣中的NOx常采用SCR脫硝裝置，即向煙氣中注入NH3，在催化劑作用下，使NOx被還原為非污染性氣體N2，而在SCR脫硝過程中由于氨的不完全反應(yīng)，氨逃逸是不可避免的，且氨逃逸量與注入氨流量、催化劑活性等多種因素相關(guān)[1]。據(jù)廠家資料介紹，脫硝催化劑中的活性成分釩在將NOx還原成N2外，還會(huì)促進(jìn)鍋爐煙氣中的SO2催化氧化成SO3。另外，鍋爐燃燒也會(huì)產(chǎn)生一部分SO3，逃逸的氨氣與煙氣中的SO3和水蒸汽反應(yīng)生成硫酸氫銨和硫酸銨，反應(yīng)如下：

其中硫酸銨 (NH4)2SO4為干燥固體粉末，對空氣預(yù)熱器影響很小。在通常運(yùn)行工況下，硫酸氫銨NH4HSO4在150~230℃溫區(qū)，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，液態(tài)的硫酸氫銨是一種粘性很強(qiáng)的物質(zhì)，在轉(zhuǎn)變階段，以液滴形式分散于煙氣的硫酸氫銨具有極強(qiáng)的吸附性，在煙氣中會(huì)粘附大量飛灰并附著在金屬表面；依據(jù)該型空氣預(yù)熱器運(yùn)行工況和溫度場分布情況，其150~230℃溫區(qū)位于空氣預(yù)熱器冷端層上方和熱端層下方，如圖2所示，在此處換熱元件上附著的粘性灰分不易被吹灰器除去，從而減小煙氣流通截面，增大了阻力[2]。

圖1 燃煤電廠煙氣脫硝過程

圖2 硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器內(nèi)的附集區(qū)

2 空氣預(yù)熱器壓降大處置措施

由前述分析可知，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器壓降增大的根源為硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器中部換熱元件處附集，其附集區(qū)處在蒸汽吹灰器的吹掃盲區(qū)，導(dǎo)致硫酸氫銨與灰的附集物無法有效除去。因此，降低空氣預(yù)熱器的壓降應(yīng)從以下3方面著手進(jìn)行。

2.1調(diào)整吹灰器吹灰方式

PS-AT型蒸汽吹灰器的有效吹掃半徑為1.2~ 1.5m，但空氣預(yù)熱器換熱元件布置較為緊密，換熱片間的間隙為4~7mm，同時(shí)吹灰器距換熱元件有一定距離，導(dǎo)致蒸汽吹灰器存在吹掃盲區(qū)，無法有效吹掃到中部換熱元件處，即使吹掃到，其吹掃效率也大大降低。針對吹灰器無法有效除去硫酸氫銨附集物的情況，電廠技術(shù)人員在空氣預(yù)熱器壓降超限時(shí)，采取了以下方法。

a)提高空氣預(yù)熱器冷端換熱元件壁溫，使硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器處由液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變區(qū)下移，使冷端吹灰器可除去其附集物。因冷端換熱元件的壁溫與空氣預(yù)熱器的冷端綜合溫度成正比(冷端綜合溫度為空氣預(yù)熱器的進(jìn)口風(fēng)溫與出口煙溫之和)，采取投運(yùn)一、二次風(fēng)側(cè)處的暖風(fēng)器，提高空氣預(yù)熱器的進(jìn)口風(fēng)溫，進(jìn)而提高冷端換熱元件壁溫。

b)提高吹灰器蒸汽閥處吹掃壓力設(shè)定值，根據(jù)式（1） 伯努利方程和式（2） 速度距離公式，當(dāng)吹掃壓力p1升高時(shí)，吹灰器噴嘴出口的流速v2將增大，使得吹灰器吹掃距離s延長。通過調(diào)整吹灰器的壓力控制盤，由原來的1.0MPa提高至1.4MPa，增大蒸汽吹灰器的有效吹掃半徑，保證空氣預(yù)熱器中部的硫酸氫銨附集物可以被除去。

c)調(diào)整空氣預(yù)熱器吹灰次數(shù)和冷熱端吹灰器投運(yùn)順序，由原來的白班、中班各一次改為白班1次，中班2次，同時(shí)加強(qiáng)冷端吹灰器的吹灰強(qiáng)度，減少空氣預(yù)熱器處硫酸氫銨附集物的積聚。

2.2 控制煙氣中反應(yīng)物含量

根據(jù)硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器處生成條件，控制煙氣中反應(yīng)物NH3、SO3、H2O的含量，以降低空氣預(yù)熱器處硫酸氫銨的生成，通過以下3方面進(jìn)行。

a)抽取催化劑樣片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行21000h后，催化劑在350℃時(shí)的活性已下降，達(dá)65%以下，即同等量的入口氮氧化物，現(xiàn)需耗用更多的氨氣，同時(shí)，在現(xiàn)有氨逃逸率無法準(zhǔn)確及時(shí)監(jiān)測的情況下，通過采集空氣預(yù)熱器熱端、冷端灰樣進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，熱端灰樣中NH3質(zhì)量濃度高達(dá)152.9 mg/kg，冷端灰樣中NH3質(zhì)量濃度達(dá)94.1 mg/kg，遠(yuǎn)超脫硝機(jī)組灰樣中正常NH3含量。因而控制注入氨流量，以降低煙氣中未反應(yīng)氨的含量，進(jìn)而降低空氣預(yù)熱器區(qū)域的NH3含量是很有必要的。

b)合理控制煙氣中SO2含量，避免煙氣在流經(jīng)脫硝催化劑時(shí)，SO2被催化氧化成SO3，雖SO3的生成量隨SO2含量的增加而降低，但當(dāng)SO2含量增大時(shí)，煙氣中總的SO3含量也隨之增大。通過控制含硫量高煤種的摻燒，以降低SO2的生成，從而維持空氣預(yù)熱器處SO3在低濃度范圍內(nèi)。

c)提高空氣預(yù)熱器吹灰蒸汽的疏水溫度，只有當(dāng)吹灰蒸汽疏水溫度達(dá)330℃時(shí)，才可進(jìn)行吹灰，保證吹灰壓力下的蒸汽過熱度（1.4 MPa下飽和蒸汽溫度為195℃），降低空氣預(yù)熱器區(qū)域水蒸汽的含量，破壞硫酸氫銨的生成條件。

2.3 合理摻配煤與配風(fēng)

依據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，煙囪入口氮氧化物（以NO2計(jì)） 濃度須控制在100 mg/m3[3]以下，則煙囪入口測得的NO濃度必須控制在78.7 mg/m3以下（實(shí)測氧含量2%），才能保證環(huán)保達(dá)標(biāo)。在保證環(huán)保和減少硫酸氫銨生成的情況下，確保煙氣中氨含量在一個(gè)較低的水平，減少硫酸氫銨的生成，就必須降低爐膛出口氮氧化物含量。

據(jù)煤粉燃燒中氮氧化物的生成機(jī)理，煙氣中的氮氧化物主要由燃料型NOx、熱力型NOx、快速型NOx組成。燃料型氮氧化物是燃煤中氮化合物在600~800℃時(shí)發(fā)生熱分解，氮原子進(jìn)而被氧化成氮氧化物，其占爐膛出口氮氧化物含量的75%~ 90%，是煙氣中氮氧化物的主要來源；熱力型氮氧化物是空氣中的氧與氮在1 000℃以上的高溫環(huán)境下生成的NO和NO2的總和，約占爐膛出口氮氧化物含量的10%~25%；快速型氮氧化物在燃煤鍋爐中生成量很小[4]。在現(xiàn)有燃燒器的基礎(chǔ)上，通過合理摻配煤種，燃用含氮量較低、揮發(fā)分較高的煤種以減少燃料型NOx的生成量，同時(shí)合理調(diào)配風(fēng)量，提高燃燼風(fēng)風(fēng)量，降低爐膛溫度，減少熱力型NOx的產(chǎn)生，進(jìn)而降低爐膛出口氮氧化物含量。

在嚴(yán)格落實(shí)上述措施后，統(tǒng)計(jì)措施實(shí)施前后空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)壓降以及脫硝裝置出入口NOx濃度和SO2濃度，發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)壓降明顯降低，由最高值1 669 Pa降低至632 Pa，并維持在一個(gè)正常區(qū)間，如表1所示。

表1 消堵措施實(shí)施前、后空氣預(yù)熱器壓降對照表

3 結(jié)束語

隨著環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)格和脫硝機(jī)組的增多，硫酸氫銨附集物堵塞空氣預(yù)熱器的事件也將隨之增加，除采取以上應(yīng)對措施外，還應(yīng)結(jié)合技術(shù)改造、設(shè)備治理，從根源上控制硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器換熱元件上的附集，從而降低空氣預(yù)熱器堵塞造成的引風(fēng)機(jī)失速、機(jī)組限出力等不安全事件的發(fā)生，以提高發(fā)電廠的安全性、經(jīng)濟(jì)性。

針對目前情況，提出以下建議。

a)提高SCR催化劑脫硝效率，降低氨逃逸量。

在催化劑脫硝效率低于預(yù)定值的情況下，可通過增加催化劑數(shù)量或?qū)υ写呋瘎┻M(jìn)行活性再生，以提高SCR脫硝裝置的脫硝效率，減少注入氨量，進(jìn)而降低氨逃逸量。同時(shí)，定期進(jìn)行流場氨均布試驗(yàn)，改善噴氨不均引起的氨逃逸，以控制空氣預(yù)熱器區(qū)域煙氣中的氨含量。

b)提高空氣預(yù)熱器換熱元件表面光潔度，清理換熱元件上附集的硫酸氫銨。

硫酸氫銨沉積物是高水溶性的物質(zhì)，且硫酸氫銨屬于酸性鹽，易與堿性物質(zhì)反應(yīng)，利用停爐間隙或計(jì)劃檢修期間，對空氣預(yù)熱器進(jìn)行高壓堿性水沖洗，保證較長的沖洗時(shí)間，單臺(tái)空氣預(yù)熱器最好控制在48 h左右，應(yīng)可達(dá)到不錯(cuò)的效果。有條件最好將換熱元件全部吊出，進(jìn)行浸泡式清洗，以提高換熱元件表面光潔度，降低硫酸氫銨附集的幾率。

c)改造現(xiàn)有空氣預(yù)熱器吹灰形式，增設(shè)聲波吹灰器。

在現(xiàn)有蒸汽吹灰的基礎(chǔ)上，增加一套聲波吹灰器，以彌補(bǔ)蒸汽吹灰存在的盲區(qū)，同時(shí)避免因蒸汽吹灰器吹掃壓力太高而造成的換熱元件損壞。利用高頻高聲強(qiáng)聲波，使換熱元件壁面處的灰粒產(chǎn)生周期性振蕩，脫離硫酸氫銨的吸附，使灰粒被煙氣帶走，達(dá)到降低空氣預(yù)熱器因硫酸氫銨吸附灰粒而堵塞的情況。

[1] 馬雙忱，金鑫，孫云雪，等.SCR煙氣脫硝過程硫酸氧銨的生成機(jī)理與控制[J].熱力發(fā)電，2010，39（8）：12-16.

[2] 張志強(qiáng)，宋國升，陳崇明，等.某電廠600MW機(jī)組SCR脫硝過程氨逃逸分析[J].電力建設(shè)，2012，33（6）：67-70.

[3] 中國環(huán)境科學(xué)研究院，國電環(huán)境保護(hù)研究院.火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 非書資料：GB13223—2011[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012：2.

[4] 馮淼，閆寒冰.燃煤電廠排煙中NOx構(gòu)成及濃度換算的研究[J].山西電力，2007(增刊)：15-16.

Treatment for Air Preheating Clogging of a 600MW Denitrification Unit

DING Kairui,MA Gengsheng,GUO Yuan

（Shanxi Zhangshan Power Generation Co.,Ltd.,Changzhi,Shanxi 046021,China)

After three years’running of SCR flue gas denitrification equipment, the clogging pressure drawdown of air preheater increased. By analyzing the mechanism of ammonium bisulfate’s precipitation and adsorption around the air preheater, measures were adopted to inhibit the generation and adsorption of ammonium bisulfate, including air lance adjustment, reactants control in the flue gas,and reasonable coal blending. Consequently, the clogging pressure drawdown has been decreased. The unit is ensured to be operated safely and stably, with the serving life being prolonged.

flue gas denitrification; air preheater; ammonium bisulfate; clogging

TM223.3+4

B

1671-0320（2016）01-0052-04

2015-11-11，

2015-11-19

丁開瑞（1989），男，山西原平人，2007年畢業(yè)于山西大學(xué)工程學(xué)院熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，助理工程師，從事鍋爐與環(huán)保設(shè)備檢修工作；

馬更生（1975），男，山西長治人，2011年畢業(yè)于武漢大學(xué)熱能動(dòng)力專業(yè)，高級(jí)技師，從事鍋爐檢修工作；

郭玉安（1983），男，山西祁縣人，2005年畢業(yè)于山西大學(xué)工程學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事機(jī)組集控運(yùn)行工作。