ABSHS 空預(yù)器加熱防堵系統(tǒng)改造研究

王赫妍，李 忱

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168；2.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110400）

1 NH4HSO4特性

1.1 ABS物理特性

硫酸氫銨又稱酸式硫酸銨（ammonium acid sulfate），為無色斜方結(jié)晶體，密度為1.78 g/cm3，熔點為147℃，易溶于熱水，微溶于醇，不溶于丙酮，有潮解性，可由硫酸銨在空氣中加熱制得，亦可用硫酸銨溶于熱濃硫酸，由溶液冷卻結(jié)晶制得，用作有機反應(yīng)催化劑、卷發(fā)藥劑、分析試劑等。

表1 ABS的物理性質(zhì)

1.2 ABS形成熱力特性

NH4HSO4是選擇性催化還原法脫硝的副反應(yīng)產(chǎn)物，與煤種硫分和未反應(yīng)完全的NH3有直接關(guān)系。而煙氣中的SO3進一步同煙氣中逃逸的NH3反應(yīng)，生成NH4HSO4和（NH4）2SO4，其反應(yīng)方程式如下：

NH4HSO4的熔點溫度為147℃，沸點溫度為350℃，汽化開始溫度為174℃，在323℃汽化速率達(dá)到最大值?？疹A(yù)器煙氣側(cè)熱端溫度為300℃～320℃，冷端溫度為120℃～150℃。NH4HSO4在空預(yù)器中溫段時，正是液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變階段，具有極強的吸附性，造成大量灰分在空預(yù)器沉降，引起空預(yù)器堵塞并使阻力快速上升。另外，在高粉塵環(huán)境中發(fā)生結(jié)垢的金屬壁溫比NH4HSO4的露點溫度低4.4℃，實際運行中經(jīng)過空預(yù)器的NH4HSO4大部分沉積在灰粒上，隨煙氣帶走。

1.3 ABS形成動力特性

從動力學(xué)角度來講，ABS形成速率要比AB形成速率高很多。鍋爐空預(yù)器冷端到熱端溫度變化范圍一般在120℃～300℃，NH4HSO4的物理性質(zhì)決定了空預(yù)器中低溫區(qū)域沉積情況，未沉積的NH4HSO4吸附在煙塵上，在電除塵中進行除去。

公式（1）和（2）定性地說明了ABS的形成與溫度和反應(yīng)物體積分?jǐn)?shù)是正相關(guān)的關(guān)系。通過Radian可以大體估計下允許的氨逃逸量。

1.4 ABS對空預(yù)器的影響

140℃～230℃之間的溫區(qū)位于空預(yù)器常規(guī)設(shè)計的冷段層上方和中間層下方，由于NH4HSO4在此溫區(qū)為液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變階段，具有極強的吸附性，會造成大量灰分在空預(yù)器沉降，煙氣中還存在其他酸性顆粒，這些顆粒也會被液態(tài)ABS捕捉，在空預(yù)器傳熱元件上形成融鹽狀積灰，造成空預(yù)器被腐蝕、堵灰等情況，嚴(yán)重時將迫使機組停爐以清理空預(yù)器，影響機組正常運行。

圖1為某電廠在特定環(huán)境下氨逃逸與空預(yù)器壓差變化情況。

圖1 氨逃逸對空預(yù)器煙氣阻力的影響

1.5 空預(yù)器ABS沉積解決思路

NH4HSO4在不同溫度下呈現(xiàn)不同的物理狀態(tài)：在147℃以下，呈現(xiàn)堅固的固態(tài)；在147℃～250℃范圍內(nèi)，呈現(xiàn)液體黏稠狀態(tài)。在這兩種狀態(tài)下，NH4HSO4很難以常規(guī)的蒸汽吹灰和激波吹灰方式去除，在174℃以上受熱揮發(fā)，在323℃以上時開始大量揮發(fā)，變成氣相狀態(tài)。由于空預(yù)器煙氣側(cè)冷端溫度在120℃～150℃，這使得NH4HSO4極易吸附并粘結(jié)沉積在空預(yù)器換熱元件的中部和下部。由于這種相變是可逆的，通過空預(yù)器冷端熱風(fēng)加熱技術(shù)將部分冷一次或二次風(fēng)加熱到300℃，加熱后的熱風(fēng)通過空預(yù)器冷段和中溫段，將NH4HSO4完全汽化并隨風(fēng)帶走，從而解決了因NH4HSO4造成的空預(yù)器堵塞問題。

通過解體空預(yù)器蓄熱元件發(fā)現(xiàn)，堵塞情況主要集中在冷段蓄熱元件約350 mm以下的部位，且堵塞物較硬?？疹A(yù)器蓄熱片為普通碳鋼，變形溫度為420℃。因此，升溫對蓄熱片無影響。

2 ABSHS汽化加熱技術(shù)

在空預(yù)器冷端風(fēng)道加裝熱風(fēng)速熱通道，該通道加熱面積為1個格倉。通道內(nèi)安裝導(dǎo)流柵格、高效加熱油槍、點火裝置，通道外安裝助燃風(fēng)管道、圖像火檢、火焰檢測、快速關(guān)斷電磁閥等設(shè)備，布置就地控制柜及遠(yuǎn)程控制信號線。

加熱熱源可以選擇油或天然氣。以油系統(tǒng)為例，燃燒用油來自于爐前油系統(tǒng)，通過減壓閥回油降壓法，將母管油壓降至1.0 MPa～1.2 MPa，經(jīng)過過濾后，送至高效燃燒油槍。

通過在空預(yù)器冷端一、二次風(fēng)部分風(fēng)道增加燃燒加熱裝置，冷風(fēng)加熱溫度300℃～350℃（寬幅可調(diào)），使空預(yù)器冷段和中溫段的NH4HSO4完全汽化。不減少一、二次風(fēng)通流面積，阻力可忽略不計，該燃燒加熱裝置體積緊湊，占用面積極小，設(shè)備投入時間為30 min/d。

圖2 風(fēng)道加熱結(jié)構(gòu)

3 ABSHS汽化加熱技術(shù)經(jīng)濟效益分析

3.1 節(jié)能費用

節(jié)能費用主要包含風(fēng)機節(jié)能費用、節(jié)約清洗費用、吹灰節(jié)能費用。

3.2 風(fēng)機節(jié)能費用

在風(fēng)量一定的情況下，煙氣阻力的降低可以使風(fēng)機功率下降，從而達(dá)到節(jié)省電能的效果。對比沒有進行改造的SCR機組，空預(yù)器煙氣阻力差值為0.8 kPa～1.5 kPa，空預(yù)器引、送風(fēng)機電流各下降20 A（保守統(tǒng)計）。上網(wǎng)電價為0.38元/（kW·h），機組年運行約5 000 h，則機組年節(jié)約費用：

年節(jié)約費用=風(fēng)機節(jié)能功率×運行時間×上網(wǎng)電價= 3×6.3 kV×20 A×2×5 000 h×0.38元/（kW·h）=829 281元。

3.3 節(jié)約清洗費用

對于SCR機組空預(yù)器堵灰嚴(yán)重的，每3個月要進行人工高壓水清洗，費用為8萬元～10萬元。小修期間甚至需要空預(yù)器解體清洗，費用更是高達(dá)數(shù)十萬。對于在線清洗費用及頻率，按各廠實際運行情況進行估計。

3.4 吹灰節(jié)能費用

ABSHS汽化加熱技術(shù)將大量減少吹灰蒸汽損耗及電能損耗，具體數(shù)值要參考各廠運行情況。

3.5 運行成本

按燃油方式計算，對于不同機組容量，該套系統(tǒng)的年運行費用為15萬元～25萬元，比其他方式要節(jié)約近二分之一的成本。

4 NH4HSO4加熱汽化實驗結(jié)論

通過試驗?zāi)M了空預(yù)器含NH4HSO4黏灰情況，采用加熱汽化方法讓NH4HSO4汽化，從而解決了因NH4HSO4沉積造成的積灰問題，如圖3所示。

圖3 試驗平臺及NH4HSO4對空預(yù)器壓差影響曲線

4.1 記錄數(shù)據(jù)

模擬試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 試驗數(shù)據(jù)

4.2 試驗圖片對比

圖4 樣板對比

圖4 為加熱前、后的樣板對比，左側(cè)是未加熱前帶有NH4HSO4的樣板，右側(cè)為加熱至300℃后樣板。

5 結(jié)論

鍋爐空預(yù)器積灰性質(zhì)特殊，粘性較大，難以清除，經(jīng)常造成煙氣通道堵塞而被迫停爐，影響生產(chǎn)。如何有效地清除鍋爐積灰，保證系統(tǒng)的正常運行，一直是發(fā)電行業(yè)難以解決的問題。傳統(tǒng)的清灰方式效果不佳，而改造的ABSHS空預(yù)器加熱防堵系統(tǒng)通過實踐證明了其優(yōu)異的清灰效果。

通過充分利用燃料熱值，空預(yù)器冷端送風(fēng)側(cè)部分倉格溫度提升至300℃，經(jīng)過固定時間運行，可將空預(yù)器中溫端及冷端沉積的NH4HSO4完全汽化并隨風(fēng)帶走，從而保證機組空預(yù)器檢修清洗后運行1年內(nèi)，煙氣壓差增加值不大于500 Pa，提高了電廠的經(jīng)濟效益。