600MW機組鍋爐空氣預(yù)熱器堵塞原因分析及治理

賀峰

摘 要：詳細地分析了空氣預(yù)熱器堵塞理論和實際兩個方面的原因，從而從控制氨逃逸率、控制空預(yù)器壁溫、對沉積的NH4HSO4進行及時清理、對空預(yù)器進行在線清洗四個方面提出了預(yù)防600MW機組鍋爐空氣預(yù)熱器堵塞的措施，從而保證空氣預(yù)熱器的安全正常運行。

關(guān)鍵詞：空氣預(yù)熱器；堵塞；原因；治理

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.18.101

在煙氣脫硝的同時，催化劑也可使部分煙氣中SO2氧化產(chǎn)生SO3，SO3與SCR過程中未反應(yīng)的氨（逸出氨）反應(yīng)生成硫酸氫銨，硫酸氫銨具有的腐蝕性特征會對催化床層和空預(yù)器造成危害?？諝忸A(yù)熱器堵塞會直接造成鍋爐廢氣溫升，增加排氣熱損失，增加阻力，影響風(fēng)機輸出，從而影響整個鍋爐輸出，堵塞灰塵甚至造成嚴重的風(fēng)扇振動，脫硫系統(tǒng)由于煙氣溫度太高，不能投入運行，這將會對鍋爐的安全經(jīng)濟運行造成嚴重的影響。

1 600MW機組鍋爐空氣預(yù)熱器

600MW機組鍋爐空氣預(yù)熱器儲熱部件波紋板是根據(jù)煙氣流動方向分為熱端層、中間層和冷端層，儲熱部件自上而下分別為0.5mmHE4型碳鋼、0.5mmHE4型碳鋼和1.2mmHE2型搪瓷鋼板，冷段HE2型搪瓷鋼板儲熱部件為耐腐蝕的傳熱部件，剩余熱段儲熱部件為碳鋼。

2 空氣預(yù)熱器堵塞原因分析

對于具有SCR脫硝裝置的單元，SCR系統(tǒng)脫硝反應(yīng)鍋爐在燃燒中產(chǎn)生SO3和水，當(dāng)脫硝逸出的NH3與SO3、水在低溫情況下將會生成硫酸氫氨NH4HSO4（公式如下），而在150 ～ 220℃溫度范圍，NH4HSO4是一種高粘性液態(tài)材料，易粘附裝置內(nèi)的灰塵，從而堵塞熱交換器元件的通道；易冷凝在空氣預(yù)熱器金屬表面，從而腐蝕金屬表面，導(dǎo)致空氣預(yù)排氣橫截面積降低，電阻增加，最終使其傳熱效率降低。

2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4（NH3∶SO3 < 2∶1時）

NH3+SO3+H2O→（NH4）HSO4 （NH3∶SO3 > 2∶1時）

另外，當(dāng)NOx還原成N2時，SCR催化劑也產(chǎn)生以下反應(yīng)：

SO2 + O2 → SO3

反應(yīng)產(chǎn)物中的NH 4HSO4在通常位于常規(guī)設(shè)計預(yù)熱器的中間溫度部分的下部和冷端的上部的150～230℃的溫度（高灰塵布置SCR）下開始冷凝，以在傳熱元件的表面上形成附加的吸附層。通常2～3月，大量的灰分被吸附，導(dǎo)致傳熱元件的內(nèi)部流動路徑被堵塞，特別是在常規(guī)預(yù)熱器的熱段與中間層之間的區(qū)域之間。 預(yù)熱器積灰對風(fēng)機的工作造成嚴重的影響，因為只要在分層，大量的沉淀物在夾層中，導(dǎo)致吹氣不能被除去。SO3的增加會增加尾氣的露點，加劇預(yù)熱器的低溫腐蝕。

高換熱效率波形（FNC，DU等）具有傳統(tǒng)的流道設(shè)計，因為煙氣流通轉(zhuǎn)彎多，不構(gòu)成封閉流道，吹灰氣流量穿透深度不足（通常只有200～300mm），不能從800～1100mm 的冷端有效去除沉降物NH4HSO4。 由于NH4HSO4（液體或液固兩相混合物在預(yù)熱器中）的強粘附性，使用松散的傳熱組分不能有效地改善灰分。

催化劑堵塞有主要的兩個原因造成，飛灰的沉積與氨鹽的沉積。通過良好的SCR系統(tǒng)設(shè)計，同時根據(jù)經(jīng)驗和條件對合適的催化劑進行分析，選擇防止發(fā)生堵塞的最佳方式。 飛灰中的大顆?；曳郑酱?，會堵塞催化劑表面孔隙，減少反應(yīng)面積。 在進入SCR反應(yīng)器之前需要收集。 為了防止這個問題，有必要合理設(shè)計SCR入口煙道結(jié)構(gòu)，提高煙氣流量，并對節(jié)能器出口灰斗進行改造。 而當(dāng)灰分含量較大時，不能及時清洗灰塵的小顆粒會引起沉積問題，同樣可能會堵塞毛細結(jié)構(gòu)的催化劑表面。

3 空氣預(yù)熱器堵塞治理

從上述分析可以看出，導(dǎo)致腐蝕堵塞的主要原因是燃料中含有硫并轉(zhuǎn)化為硫酸和亞硫酸的腐蝕源?？諝忸A(yù)熱器的溫度低于煙氣的溫度露點是腐蝕和堵塞的條件，而酸露點溫度也隨著隨煙氣中三氧化硫（或者說硫酸蒸汽）的含量的增加而升高，煙氣中氧氣過多會增加SO3的產(chǎn)量。因此，可從以下四個方面解決空預(yù)器堵塞問題。

3.1 控制氨逃逸率

由于硫酸氫銨的強吸附，會造成大量灰塵沉淀在空氣預(yù)熱器中，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞和阻力上升，嚴重時會迫使關(guān)閉反應(yīng)器去清潔空氣預(yù)熱器。同時，硫酸氫銨或硫酸銨本身對金屬具有很強的腐蝕性，會引起催化劑金屬支架的腐蝕損壞和空氣預(yù)熱器的冷段腐蝕損壞。 另外，過量的氨水提高運行成本，并導(dǎo)致飛灰化學(xué)性質(zhì)的變化，飛灰質(zhì)量惡化，使用價值較低；氨泄漏到空氣中會對環(huán)境造成空氣污染，因此，關(guān)于氨泄漏問題要嚴格把握，避免氨泄露流量超過3μL/ L。反應(yīng)堆中NH3 / NOx的摩爾比、流量以及溫度與反應(yīng)器入口管道結(jié)構(gòu)緊密相連，因此合適的入口管道設(shè)計可以避免這些偏差，并完全去除NH3泄漏和NOx，提高脫氮效率。

煙道氣中SO3的含量主要來源于煤燃燒產(chǎn)生的硫化物，而硫酸氫銨的形成主要受SO3含量的影響，因此，SCR 中氨逃逸量控制量對于不同煤種也不同。根據(jù)汗流量，煤種主要分為低硫煤、中硫煤和高硫煤，分別含S量為1 %、1.5 %和3 %，氨逸出分別小于 6 μL/ L 、4 μL/ L 和2μL/ L 。

在控制氨逸出量的情況下，可以使用CFD軟件優(yōu)化SCR脫硝化裝置，通過分析模擬裝置煙氣流量和速度分布，以找出最合適的導(dǎo)流葉片的類型、以及所需數(shù)量和安裝位置，從而使SCR脫硝化裝置具有均勻的入口煙氣流速、溫度和濃度；同時調(diào)整噴嘴的氨格柵（AIG），使NH3最大程度的均勻混合，實現(xiàn)氨逸出量最少的目的。

3.2 控制空預(yù)器壁溫

另外，提高低溫加熱面的壁溫也是改善鍋爐運行常用有效的方法。提高加熱面壁溫主要通過提高平均排氣溫度和平均冷氣溫度來實現(xiàn)。當(dāng)加熱面壁溫度提高至大于露點溫度，金屬表面不會出現(xiàn)硫酸蒸汽的冷凝物，從而避免了金屬表面被腐蝕。然而，增加廢氣溫度會增加鍋爐的熱損失并降低鍋爐的經(jīng)濟性。因此，保持空氣預(yù)熱器的冷氣溫度以提高冷側(cè)的壁溫度是重要的。珞磺電廠三期兩臺鍋爐通過安裝暖風(fēng)器來根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)空氣預(yù)熱器入口冷空氣溫度，使其溫度控制在20～50℃的范圍內(nèi)。所以為了保持合適的開度，運行在加熱器出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象的情況下，應(yīng)及時聯(lián)系維修及時解決。 確保加熱器可長期可靠運行。 鍋爐啟?；蚋邏杭訜崞饕蛉魏卧蛑袛啵瑢?dǎo)致低溫?zé)熿F應(yīng)放入加熱器操作。確保冷預(yù)熱器的空氣溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.3 對沉積的NH4HSO4進行及時清理

硫酸氫銨在中溫范圍至空氣預(yù)熱器低溫冷段的溫度范圍內(nèi)具有很強的粘度。 空氣預(yù)熱器易被吸附的灰塵堵塞，使其不能正常。工作 因此，有必要重建空氣預(yù)熱器，改變吹風(fēng)運行方式。

因為空氣預(yù)熱器中產(chǎn)生硫酸氫銨溫度范圍與絕大部分中溫段和部分低溫相匹配，容易使粘著大量灰塵的硫酸氫銨堵塞兩個旁路連接間隙，因此，可以合并傳統(tǒng)的低溫冷段和中溫段。由于搪瓷傳熱部件不僅價格便宜，而且其傳熱性能和耐腐蝕性上優(yōu)于合金鋼，所以可以用搪瓷傳熱部件來代替更換冷段部件，原有高溫部分不變。 另外，移除空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子內(nèi)部的格柵，將水平分隔板將延伸到冷段，置于冷段后傳熱部件。 提高傳熱元件的表面光潔度也可以改善硫酸氫銨的結(jié)垢程度。用含蒸汽和高壓氣的雙重介質(zhì)的吹灰器來取代原來的單種介質(zhì)的吹灰器。其中蒸汽介質(zhì)用于日常吹灰、高壓水介質(zhì)用于堵塞加劇后的停爐清洗。

3.4 對空預(yù)器進行在線清洗

在機組檢修時，對空氣預(yù)熱器進行在線高壓水清洗。在線高壓水沖洗壓力一般控制在20～30MPa，沖洗周期控制在20天以上。這種方法雖然有一定的效果，但成本比較高，一般要幾十萬，且不能完全清洗掉堵塞的灰塵。即使增加空氣預(yù)熱器蒸汽的壓力和頻率，空氣預(yù)熱器的堵塞問題也只能得到緩解而已。

4 結(jié)束語

本文對600MW機組鍋爐空氣預(yù)熱器堵塞原因進行了探討，并從控制氨逃逸率、控制空預(yù)器壁溫、對沉積的NH4HSO4進行及時清理、對空預(yù)器進行在線清洗方面詳細介紹了防止其堵塞的技術(shù)措施。現(xiàn)經(jīng)試驗，在很大程度上改善了空氣預(yù)熱器的工作環(huán)境和工作狀況，堵灰現(xiàn)象明顯降低。

參考文獻

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