燃煤機(jī)組空氣預(yù)熱器堵塞問(wèn)題解決方法及建議

王文鼎

（中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司西北分公司）

0 引言

由于環(huán)保排放要求的提高以及機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)長(zhǎng)的增加，大批燃煤機(jī)組空預(yù)器阻力上升較快且頻繁發(fā)生，已經(jīng)成為影響很多電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的病癥［1］，因此解決空預(yù)器堵塞問(wèn)題作為很多電廠的重點(diǎn)工作一直在進(jìn)行中，本文通過(guò)對(duì)空預(yù)器堵塞形成原因進(jìn)行分析，以及對(duì)各電廠為解決堵塞問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)改造及發(fā)生堵塞后處理方案進(jìn)行介紹對(duì)比，希望對(duì)其他電廠處理空預(yù)器堵塞問(wèn)題提供借鑒。

1 空預(yù)器堵塞形成的原因

1.1 吹灰器帶水、暖風(fēng)器泄漏

空預(yù)器吹灰器汽源一般來(lái)自兩路，一路來(lái)自輔汽聯(lián)箱，主要在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)空預(yù)器進(jìn)行吹灰，一路來(lái)自鍋爐主吹灰汽源，鍋爐整體吹灰過(guò)程中最先吹掃空預(yù)器，如果機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中輔汽聯(lián)箱溫度不夠或者是鍋爐整體吹灰時(shí)吹灰器暖管時(shí)間不夠，非常容易造成吹灰蒸汽過(guò)熱度不夠，吹灰蒸汽在空預(yù)器表面凝結(jié)成水，與煙氣中的硫化物以及灰分產(chǎn)生反應(yīng)后發(fā)生硬結(jié)，造成空預(yù)器流通面積減小，且硬結(jié)物較難處理。同樣的一、二次暖風(fēng)器作為提高空預(yù)器入口空氣溫度的一種設(shè)備，非常容易因磨損等在運(yùn)行過(guò)程中泄漏，且如果泄漏量較小，非常不容易發(fā)現(xiàn)，泄漏的水蒸汽或者是水在空預(yù)器中發(fā)生硬結(jié)，堵塞空預(yù)器。

1.2 低溫腐蝕

根據(jù)大量文獻(xiàn)研究表明，不含硫化物的煙氣露點(diǎn)溫度一般為30～60℃，即使煤中水分很大時(shí)，煙氣水露點(diǎn)也不超過(guò)66℃，一旦煙氣中含SO3氣體，則使煙氣露點(diǎn)大大升高，如煙氣中只要含有0.005%（50ppm）左右的SO3，煙氣露點(diǎn)即可高達(dá)130～150℃或以上［2］，而絕大部分電廠設(shè)計(jì)的空預(yù)器出口煙氣溫度低于130℃，尤其是在環(huán)境溫度較低或者是機(jī)組參與深度調(diào)峰的過(guò)程中。硫酸蒸汽的存在使煙氣的露點(diǎn)顯著升高，由于空預(yù)器中空氣的溫度較低，預(yù)熱器冷段的煙氣溫度不高，壁溫常低于煙氣露點(diǎn)，這樣硫酸蒸汽就會(huì)凝結(jié)在空預(yù)器受熱面上，破壞蓄熱面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生硫酸鹽捕捉飛灰板結(jié)形成灰垢，加劇積灰，造成堵塞加重。

1.3 硫酸氫氨造成的堵塞

原煤中的硫分燃燒會(huì)生成SO2，脫硝催化劑V2O5促進(jìn)其中一部分轉(zhuǎn)化成SO3，其中一部分還會(huì)與水反應(yīng)生成H2SO4，H2SO4與脫硝系統(tǒng)中的逃逸氨反應(yīng)生成硫酸氫銨，硫酸氫銨的沸點(diǎn)為350℃，熔點(diǎn)為147℃。大型燃煤電廠空氣預(yù)熱器中煙氣溫度范圍約為120～400℃，在機(jī)組啟動(dòng)或者是環(huán)境溫度較低時(shí)溫度范圍更低，因此煙氣經(jīng)過(guò)脫硝系統(tǒng)之后形成的硫酸氫銨在空預(yù)器中會(huì)發(fā)生氣、液、固三相形態(tài)的轉(zhuǎn)變，最終形成凝結(jié)物粘附在空預(yù)器靠近冷端位置，且由于自身粘附性強(qiáng)，硫酸氫銨還會(huì)吸附煙氣中的飛灰顆粒，形成板結(jié)狀物質(zhì)，堵塞空預(yù)器蓄熱元件通道，造成空預(yù)器阻力增加［3］，如圖1所示。

圖1 空預(yù)器冷端堵塞情況

從硫酸氫氨生成機(jī)理及硫酸氫氨的物理特性看，硫酸氫銨造成堵塞需要兩個(gè)條件，一是硫酸氫氨的生成，二是硫酸氫氨的凝結(jié)?？刂屏蛩釟浒钡纳杉纯刂茻煔庵泻蚧衔锏纳?，這需要從入爐煤的硫分含量進(jìn)行控制，另外需要控制脫硝氨逃逸量，而脫硝氨逃逸是與噴氨量成正比的，因此需要控制噴氨量；控制硫酸氫氨凝結(jié)的主要手段為提高冷端綜合溫度，使空預(yù)器冷端的溫度高于硫酸氫氨凝結(jié)點(diǎn)，避免硫酸氫氨在空預(yù)器中凝結(jié)。

2 防止空預(yù)器堵塞的措施

為解決空預(yù)器堵塞問(wèn)題，許多電廠進(jìn)行過(guò)相關(guān)改造，本文對(duì)目前改造的主要方式進(jìn)行介紹。

2.1 蓄熱元件三段改兩段

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和流場(chǎng)計(jì)算分析，當(dāng)元件中存在堵塞物時(shí)，上、下部吹灰器的吹掃會(huì)使三層布置中的堵塞物聚集在冷端元件和中溫段元件的分界層處，并向中溫段延伸，使堵塞惡化，阻力升高；而兩層布置的流場(chǎng)特性明顯優(yōu)于三層布置，即使元件中出現(xiàn)堵塞物，也容易被吹灰器吹掃清除，恢復(fù)到元件自身的正常阻力特性狀態(tài)。目前較多電廠已進(jìn)行相關(guān)改造，對(duì)于緩解空預(yù)器堵塞起到一定的作用，不同分段的預(yù)熱器堵塞位置如圖2所示。

圖2 不同分段空預(yù)器中堵塞物聚集位置

2.2 熱介質(zhì)循環(huán)防堵

三分倉(cāng)空預(yù)器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)闊煔鈧?cè)→二次風(fēng)側(cè)→一次風(fēng)側(cè)→煙氣側(cè)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中蓄熱元件從煙氣側(cè)吸收熱量，再在空氣側(cè)放出熱量。因此當(dāng)預(yù)熱器從空氣側(cè)即將進(jìn)入煙氣側(cè)時(shí)溫度最低，如圖3中A點(diǎn)，直接轉(zhuǎn)至煙氣側(cè)時(shí)，冷端溫度在酸結(jié)露區(qū)內(nèi)，容易發(fā)生低溫結(jié)露，風(fēng)量分切防堵灰技術(shù)即在空預(yù)器熱端煙氣側(cè)或者熱一次風(fēng)側(cè)引出一部分高溫?zé)煔猓諝猓┲量疹A(yù)器冷端混合，使蓄熱元件轉(zhuǎn)至煙氣側(cè)之前，提高該點(diǎn)的溫度到B點(diǎn)，使冷端溫度最低點(diǎn)高于酸結(jié)露點(diǎn)，避開(kāi)酸結(jié)露區(qū)，降低低溫結(jié)露。

圖3 空預(yù)器中煙氣溫度分布示意圖

該技術(shù)雖然在原理上可以避免硫酸氫銨的凝結(jié)，但在實(shí)踐中無(wú)論是將高溫?zé)煔膺€是空氣引入冷端，都需要風(fēng)機(jī)有較大的壓力升，且此時(shí)介質(zhì)溫度較高，需要考慮風(fēng)機(jī)軸承的冷卻，此外介質(zhì)如果從煙氣側(cè)引出，則含塵量較大，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片磨損較大。因此，該改造在實(shí)際運(yùn)用中效果不佳。

2.3 空預(yù)器分級(jí)

將原來(lái)一個(gè)空預(yù)器拆分為兩個(gè)，上部分為三分倉(cāng)式空預(yù)器，下部分為管式空預(yù)器。經(jīng)過(guò)管式空預(yù)器的空氣溫度被加熱至60℃以上，這樣就能使三分倉(cāng)空預(yù)器蓄熱元件冷端溫度避開(kāi)硫酸氫銨的凝結(jié)點(diǎn)，從而降低空預(yù)器堵塞。熱管外壁為一種不容易粘附的特殊材質(zhì)，相對(duì)較容易被吹灰器吹掃干凈，熱管內(nèi)工質(zhì)被吸附在多孔的毛細(xì)吸液芯內(nèi)，一般為氣、液兩相共存，并處于飽和狀態(tài)，熱管從外部熱源吸熱，蒸發(fā)段吸液芯中工質(zhì)蒸發(fā)，局部空間的蒸汽壓力升高，管子兩端形成壓差，蒸汽在壓差作用下被驅(qū)送到冷凝段，其熱量通過(guò)熱管表面?zhèn)鬟f給被加熱體，熱管內(nèi)工質(zhì)冷凝后自流返回蒸發(fā)段［4］。

該方式由于需要將原來(lái)空預(yù)器一分為二，且管式空預(yù)器面積相對(duì)較大，對(duì)煙道布置有要求，此外管材磨損和硫酸氫氨在管式空預(yù)器外壁凝結(jié)依然無(wú)法避免，因此在實(shí)際應(yīng)用中效果不如人意，如圖4所示。

圖4 分級(jí)式空預(yù)器布置示意圖

3 發(fā)生堵塞后的處理方法

雖然空預(yù)器經(jīng)過(guò)改造后能夠起到一定的緩解作用，但是空預(yù)器堵塞依然頻繁發(fā)生。因此在空預(yù)器發(fā)生堵塞后建議采用沖洗法、溫升法以及提高吹灰壓力的方法進(jìn)行緩解。

3.1 進(jìn)行高壓水沖洗

1）在線水沖洗。沖洗壓力一般為30～50MPa，沖洗后壓力可下降500～1000Pa。沖洗注意事項(xiàng)：①負(fù)荷80%以上，負(fù)荷過(guò)低沖洗水無(wú)法及時(shí)帶走；②沖洗前需保證放水管道暢通無(wú)積灰，且沖洗后的排水盡量外排，不要接入地下管網(wǎng)，否則灰水混合物容易堵塞地下管網(wǎng)；③空預(yù)器水沖洗前應(yīng)將空預(yù)器氧量測(cè)點(diǎn)元件拆除以防止氧化鋯進(jìn)水；④沖洗過(guò)程中布袋除塵旋轉(zhuǎn)噴吹連續(xù)運(yùn)行，且除塵器阻力無(wú)明顯增加。

2）離線水沖洗。沖洗壓力常見(jiàn)50～70MPa，沖洗時(shí)由于無(wú)高溫?zé)煔鈹y帶，硫酸氫銨易二次結(jié)晶（見(jiàn)圖5），因此要保證足夠的沖洗時(shí)間。沖洗后一定要等空預(yù)器徹底晾干。

圖5 水沖洗不干凈造成的二次結(jié)晶

無(wú)論離線水沖洗還是在線水沖洗都會(huì)對(duì)蓄熱元件的下部造成損壞，尤其是目前空預(yù)器為防止低溫腐蝕，大部分在低溫端采用鍍塘或特殊處理，頻繁高壓力沖洗極易造成冷端蓄熱元件損壞。

3.2 溫升法熱解

溫升法處理空預(yù)器堵塞的原理是通過(guò)提高空預(yù)器冷端的排煙溫度到180～200℃，將NH4HSO4由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或氣態(tài)，通過(guò)將NH4HSO4氣化來(lái)緩解空預(yù)器堵塞情況，從而降低空預(yù)器運(yùn)行差壓，一般情況可下降500～1000Pa。

具體實(shí)施方法為運(yùn)行過(guò)程中降低機(jī)組負(fù)荷至60%左右，逐漸關(guān)小單側(cè)（A）送風(fēng)機(jī)的出力，同時(shí)提高對(duì)側(cè)（B）送風(fēng)機(jī)出力，維持鍋爐總風(fēng)量不變，使單（A）側(cè)空預(yù)器出口煙氣溫度逐漸上升，升溫速度上升速率不大于1℃／min，直至空預(yù)器出口煙氣溫度（平均溫度）升至190℃以上，空預(yù)器連續(xù)吹灰，維持3～4h至空預(yù)器差壓不再下降。

此方法雖然效果較慢，但好處是不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生傷害，因此許多電廠將其作為一項(xiàng)緩解空預(yù)器阻力的常規(guī)性工作，使用頻率較高。

3.3 適當(dāng)提高空預(yù)器吹灰壓力

機(jī)組長(zhǎng)期處于中低負(fù)荷運(yùn)行，吹灰壓力不足尤其是吹灰器提升閥后壓力不足，無(wú)法吹透空預(yù)器冷端蓄熱元件，空預(yù)器阻力上升較快，某電廠將空預(yù)器吹灰器提升閥后壓力由0.8MPa提升至1.2MPa，空預(yù)器阻力下降了約1000Pa。

空預(yù)器正常吹灰壓力應(yīng)滿足吹灰器的設(shè)計(jì)要求，過(guò)小無(wú)法吹透蓄熱元件，過(guò)大可能造成蓄熱元件的損壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)目前電廠空預(yù)器堵塞情況及對(duì)各個(gè)廠改造方案及堵塞后治理方案調(diào)研，建議如下：

1）從源頭進(jìn)行治理，通過(guò)燃燒調(diào)整控制爐膛出口NOx，從而減少噴氨量，通過(guò)流場(chǎng)仿真、噴氨優(yōu)化等方式減少氨逃逸，減少硫酸氫氨的形成。

2）通過(guò)對(duì)各電廠防空預(yù)器堵塞的方案調(diào)研，推薦蓄熱元件三段改兩段，其他熱介質(zhì)循環(huán)和空預(yù)器分級(jí)方案不推薦。

3）機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中若空預(yù)器堵塞嚴(yán)重急需緩解，建議首先選擇溫升熱解法，其次采用在線水沖洗，對(duì)于單輔機(jī)等不具備溫升熱解法的建議加裝在線水沖洗裝置。

4）日常運(yùn)行過(guò)程中注意入爐煤質(zhì)變化，在機(jī)組啟動(dòng)、深度調(diào)峰等排煙溫度較低時(shí)盡量不用高硫煤，燃用高硫煤時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高一、二次風(fēng)溫度。