深度調(diào)峰對(duì)空預(yù)器堵塞影響及治理

劉 冰

(許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000)

0 引言

近年來(lái)，新能源在我國(guó)能源總量中的占比逐步提高，清潔能源加大利用的同時(shí)，火電機(jī)組調(diào)峰越來(lái)越常態(tài)化、深度化。由此對(duì)火電機(jī)組的深度調(diào)峰運(yùn)行帶來(lái)一系列考驗(yàn)，如低負(fù)荷脫硝系統(tǒng)效率低、氨逃逸高引起空預(yù)器堵塞問(wèn)題，嚴(yán)重影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，加強(qiáng)對(duì)氨逃逸率的控制以及如何預(yù)防、治理空預(yù)器堵塞，提高火電機(jī)組深度調(diào)峰能力，在當(dāng)前形勢(shì)下是現(xiàn)實(shí)的亟需解決的工程課題，具有十分重要的意義。

1 空預(yù)器堵塞的成因

1.1 SCR運(yùn)行噴氨量控制的影響

當(dāng)前大多數(shù)火電廠脫硝技術(shù)主要采用選擇性催化還原法(SCR)，SCR反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度達(dá)到320℃～420℃，多數(shù)催化劑在這個(gè)溫度范圍內(nèi)有足夠的活性，可獲得較好的脫硝效果。

脫硝反應(yīng)過(guò)程中，由于煙氣成分的復(fù)雜性和氧的存在，會(huì)發(fā)生一系列副反應(yīng)，部分未參與反應(yīng)的NH3隨煙氣進(jìn)入下游煙道，溫度在140℃～210℃，氣態(tài)氨與SO3反應(yīng)生成NH4HSO4，NH4HSO4溫度在150℃～230℃呈液體，黏性較大，易沉積在受熱面，同時(shí)將煙氣中灰塵黏附在空預(yù)器中，在溫度低于150℃時(shí)呈固體板結(jié)狀態(tài)，造成空預(yù)器低溫段受熱面堵塞和腐蝕[1]。硫酸氫氨生成的反應(yīng)式為：NH3+SO3+H2O→NH4HSO4。由此可見，脫硝系統(tǒng)引起空預(yù)器堵塞主要因素是NH4HSO4，減少NH4HSO4生成需要較低的SO2/ SO3的轉(zhuǎn)化率，合適的SCR反應(yīng)溫度，并嚴(yán)格控制氨逃逸。隨著火電機(jī)組參與深度調(diào)峰日益頻繁，低負(fù)荷脫硝反應(yīng)器溫度較低，SCR催化劑活性不高，為了保證環(huán)保參數(shù)，往往氣態(tài)氨呈過(guò)噴狀態(tài)，氨逃逸較高，加劇了空預(yù)器堵塞。

1.2 空預(yù)器本體溫度

當(dāng)空預(yù)器本體溫度高于酸露點(diǎn)溫度時(shí)，一般不會(huì)形成低溫腐蝕，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。但當(dāng)空預(yù)器本體溫度低于酸露點(diǎn)溫度時(shí)，會(huì)由于低溫腐蝕而造成空預(yù)器堵塞。空預(yù)器冷端傳熱原件溫度可由下式計(jì)算：

tk=0.5(tpy+tkkp)-5

(1)

式中，tpy代表排煙溫度；tkkp代表空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫。

由公式(1)可知，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，排煙溫度將隨之下降，在冬季時(shí)空預(yù)器進(jìn)口溫度也會(huì)較低，此時(shí)空預(yù)器本體溫度將會(huì)下降，當(dāng)溫度低于酸露點(diǎn)溫度時(shí)，會(huì)因低溫腐蝕造成空預(yù)器堵塞。

1.3 空預(yù)器吹灰不足

在實(shí)際運(yùn)行中，空預(yù)器的吹灰效果受多方面因素影響，容易導(dǎo)致達(dá)不到理想的吹灰效果。①吹灰蒸汽的壓力、溫度不足，未帶達(dá)到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致吹灰效果差，往往低溫蒸汽更容易導(dǎo)致空預(yù)器堵灰現(xiàn)象的發(fā)生。②空預(yù)器吹灰器配置不合理，吹灰管道泄漏，導(dǎo)致空預(yù)器無(wú)法吹灰。③操作人員未按規(guī)定進(jìn)行吹灰，或者減少吹灰次數(shù)，導(dǎo)致空預(yù)器積灰，空預(yù)器差壓上升，并未及時(shí)處理，引起空預(yù)器堵塞。

2 空預(yù)器堵塞的影響

2.1 影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

空預(yù)器堵塞主要表現(xiàn)在空預(yù)器差壓的增大，引起爐膛負(fù)壓波動(dòng)，尤其當(dāng)堵塞不均勻，或兩側(cè)空預(yù)器堵塞程度偏差較大時(shí)，引起一、二次風(fēng)壓和爐膛負(fù)壓周期性的大幅度波動(dòng)，易發(fā)生風(fēng)機(jī)搶風(fēng)、喘振現(xiàn)象，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。另外，煙道阻力增加，不但造成風(fēng)機(jī)的電耗增大，而且導(dǎo)致局部煙氣流速變快，加劇空預(yù)器局部蓄熱元件磨損。同時(shí)，空預(yù)器堵塞會(huì)降低空預(yù)器換熱效率。

2.2 對(duì)機(jī)組出力的影響

由于空預(yù)器堵塞，煙道阻力增大，高負(fù)荷時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行容易超出設(shè)計(jì)出力，引起風(fēng)機(jī)喘振、失速現(xiàn)象，無(wú)法滿足機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行需求。出于安全考慮，往往造成機(jī)組限出力。據(jù)某火電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)氨逃逸達(dá)到 5 mg/L時(shí)，半年以上空預(yù)器阻力就會(huì)比之前擴(kuò)大1倍，就必須停爐清理空預(yù)器堵塞問(wèn)題，嚴(yán)重影響火電廠生產(chǎn)[2]。

2.3 對(duì)脫硝系統(tǒng)的影響

空預(yù)器堵塞嚴(yán)重時(shí)，機(jī)組被迫長(zhǎng)期維持低負(fù)荷運(yùn)行，或機(jī)組參與深度調(diào)峰日益頻繁，造成反應(yīng)器溫度無(wú)法維持在SCR最佳活性溫度，脫硝效率降低，容易引起局部噴氨量增大，氨逃逸升高，又進(jìn)一步加劇空預(yù)器堵塞，形成惡性循環(huán)。

3 空預(yù)器堵塞治理方法及預(yù)防

3.1 空預(yù)器在線高壓水沖洗

在線高壓水沖洗是空預(yù)器在正常運(yùn)行中利用高壓水，將粘附在空預(yù)器換熱片上的積灰、焦粒沖起，隨煙氣帶走，達(dá)到減緩空預(yù)器堵塞的目的。沖洗水壓力控制在30 MPa 左右，投入后不得隨意中斷，水沖洗前后通過(guò)空預(yù)器出口煙道入孔門檢查積灰變化情況。該方法短時(shí)間就能有效緩解空預(yù)器堵塞，但往往需要搭建安裝臨時(shí)給排水管道及水泵設(shè)備。

3.2 熱分解法

硫酸氫氨加熱150℃以上即由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，加熱至200℃左右時(shí)，將逐步氣化分解為NH3+H2SO4。熱分解法是指減少一側(cè)空預(yù)器的送風(fēng)量，提高其出口排煙溫度將硫酸氫氨氣化分解，通過(guò)持續(xù)空預(yù)器吹灰沖走軟化的板結(jié)積灰，達(dá)到緩解空預(yù)器堵塞的目的，一般維持出口煙溫180℃。操作過(guò)程應(yīng)注意升降溫速率，防止空預(yù)器膨、縮不均引起轉(zhuǎn)子卡澀，還應(yīng)注意另一側(cè)空預(yù)器排煙溫度不能過(guò)低。該方法操作簡(jiǎn)單，無(wú)需增加設(shè)備，但需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)投入才可獲得滿意效果。表1是某電廠兩種方法的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)[3]。

表1 某電廠在線水沖洗及熱分解效果對(duì)比

3.3 空預(yù)器堵塞的預(yù)防

預(yù)防空預(yù)器堵塞主要應(yīng)考慮防止脫硝反應(yīng)器噴氨量過(guò)大，降低氨逃逸。噴氨量除受SCR催化劑活性影響以外，噴氨格柵及反應(yīng)器流暢不均也會(huì)形成局部噴氨量過(guò)大。在機(jī)組負(fù)荷變化，脫硝出口氨逃逸率增大，以及SCR出口NOx含量與脫硫出口凈煙NOx偏差增大情況下，需要對(duì)AIG噴氨格柵進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，減少局部過(guò)量噴氨導(dǎo)致氨逃逸率增大，提高脫硝效率。以龍崗電廠為例，該廠3、4號(hào)機(jī)組為660 MW 超超臨界機(jī)組，采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，還原劑制取采液氨氣化法(后改為尿素水解法)，該廠自2019年進(jìn)行脫硝系統(tǒng)優(yōu)化改造，增加反應(yīng)器各區(qū)域氨逃逸測(cè)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域噴氨量的獨(dú)立精準(zhǔn)控制，有效降低了氨逃逸。

為了徹底消除液氨的國(guó)家重大危險(xiǎn)源，并且消除冬季脫硝系統(tǒng)溫度低的缺陷，龍崗電廠進(jìn)行了液氨改尿素的技術(shù)改造，加裝了暖風(fēng)器提升溫度，活化了反應(yīng)，成效明顯。

4 深度調(diào)峰時(shí)的運(yùn)行調(diào)整

隨著深度調(diào)峰的日益常態(tài)化，660 MW超超臨界機(jī)組頻繁按照調(diào)度要求調(diào)峰至150 MW甚至更低，而且當(dāng)前環(huán)保壓力巨大，三項(xiàng)污染物小時(shí)均值超標(biāo)，甚至瞬時(shí)超標(biāo)均會(huì)被納入嚴(yán)肅考核。如何在日常運(yùn)行中通過(guò)運(yùn)行精心調(diào)整，保證安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保協(xié)調(diào)管控成為了亟待解決的課題。首先應(yīng)當(dāng)完善調(diào)峰管理預(yù)案和技術(shù)措施，建立標(biāo)準(zhǔn)操作票，加強(qiáng)重要參數(shù)的日常監(jiān)視，特別是脫硝進(jìn)口溫度作為關(guān)鍵參考指標(biāo)。其次，擇機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，助力精細(xì)化監(jiān)盤調(diào)整。第三，嚴(yán)格環(huán)保管控措施，加強(qiáng)重要備品、備件儲(chǔ)備和落實(shí)環(huán)保值班管理。

5 結(jié)語(yǔ)

深度調(diào)峰加劇空預(yù)器堵塞的主要原因是低負(fù)荷反應(yīng)溫度低，引起局部噴氨量增大、氨逃逸升高加速硫酸氫氨的生成，可定期對(duì)噴氨系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證噴氨量分布情況與煙氣流場(chǎng)中NOx分布情況匹配，最終提高脫硝效率，降低氨逃逸率。高壓在線水沖洗和熱分解均可以有效治理空預(yù)器堵塞，兩種方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，各廠可根據(jù)實(shí)際情況需要選擇使用。