火電廠空預(yù)器堵塞問題的改善對(duì)策研究

吳 健

（國(guó)能（泉州）熱電有限公司，泉州 362804）

1 空預(yù)器堵塞問題分析

由于大部分火電廠采用選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硫技術(shù)，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器中蓄熱元件多次遭受低溫腐蝕和粉塵堵塞，空氣預(yù)熱器的壓降變高。特別是空氣預(yù)熱器在高負(fù)荷2.6 kPa 以上時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。一方面，空氣預(yù)熱器冷端的低溫會(huì)導(dǎo)致有毒物質(zhì)在機(jī)組正常工作時(shí)發(fā)生沉淀。另一方面，正常操作條件下，硫化物汽化溫度在147 ℃，如果通過空氣預(yù)熱器的煙氣溫度與硫化物在煙氣溫度相近，就會(huì)形成空預(yù)器冷區(qū)的蓄熱部分，而液態(tài)硫化物具有非常高的黏度，會(huì)將灰塵黏在煙氣中，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞。此外，硫化氫的反應(yīng)溫度在150 ～200 ℃，正是空氣預(yù)熱器的低溫范圍，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器冷端部位的灰塵積聚，增大了空氣預(yù)熱器的壓差。

此外，不均勻的氨濃度降低了脫毒系統(tǒng)的脫毒性能。在氨過量的情況下，氨化物的泄漏速度會(huì)加快。這些泄漏的氨化物經(jīng)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生硫酸氫鹽等黏性物質(zhì)，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞和酸腐蝕。國(guó)內(nèi)尚未有統(tǒng)一的空氣預(yù)熱器吹掃系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，目前空氣預(yù)吹系統(tǒng)的空氣源主要來自后屏再熱器的輸出容器，其中蒸汽溫度由冷卻器控制。如果蒸汽吹掃壓力不穩(wěn)且越接近設(shè)定值，吹掃效果越弱。因此，當(dāng)空氣預(yù)熱器的吹掃壓力過低時(shí)，不能清除空預(yù)器中積聚的灰塵。當(dāng)吹掃系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，吹掃效果不符合要求。另外，當(dāng)粉塵蒸汽溫度不能用降壓冷卻閥調(diào)節(jié)而鍋爐空預(yù)器的過熱不能通過手動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到所需的范圍時(shí)會(huì)產(chǎn)生液體，削弱了吹掃作用。蒸汽閥門關(guān)閉不嚴(yán)格時(shí)，水蒸氣會(huì)流失到空氣預(yù)熱器中，造成空氣預(yù)熱器阻塞。燃煤的質(zhì)量會(huì)直接影響空氣預(yù)熱器的壓力差。燃煤灰直接影響鍋爐各受熱表面的磨損和排除速度。煤中的硫含量過高會(huì)增加硫氨化物的濃度，降低煙氣的凝點(diǎn)，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器腐蝕。當(dāng)煤的熱值過低時(shí)，煙氣消耗和煤耗增加，空氣加熱器的阻力也會(huì)增加。此外，部分電廠安裝SCR 不合理。由于采用高硫布局，反應(yīng)器入口與原空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)入口相連，水平進(jìn)行催化反應(yīng)，導(dǎo)致大量煙氣通過煤節(jié)器，并迅速轉(zhuǎn)向空氣加熱器，在內(nèi)部出現(xiàn)煙氣顆粒沉積，且灰塵周期性地排放到空氣預(yù)熱器的入口處，而不是均勻地通過空氣預(yù)熱器的波浪式熱交換器，大大增加了空氣預(yù)熱器堵塞的可能和堵塞程度[1]。

2 空預(yù)器堵塞改善分析

煙氣中含有SO3，會(huì)造成空預(yù)器的腐蝕和堵塞，同時(shí)排放后會(huì)對(duì)大氣環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重污染。目前，國(guó)內(nèi)火電廠正在積極尋找控制SO3含量的方法，希望從源頭控制SO3含量，從而有效減少空預(yù)器的堵塞。濕式靜電除塵技術(shù)和濕式脫硫塔可以有效去除煙氣中的SO3，但由于空預(yù)器位于整個(gè)裝置的下游，無(wú)法徹底解決空氣預(yù)熱器的腐蝕和堵塞問題。堿性吸附劑噴霧技術(shù)是將堿性吸附劑噴射成固體干粉或在煙道中與煙氣中的SO3反應(yīng)以獲得硫酸鹽，然后由隨后的除塵設(shè)備除去。堿性吸附劑噴霧技術(shù)還可以從煙氣中去除HF、HCl 等酸性氣體。當(dāng)堿性吸附劑以溶液的形式在高溫環(huán)境下排放到煙道中時(shí)，它會(huì)蒸發(fā)并迅速形成堿性顆粒。無(wú)論它們以何種形式進(jìn)入煙道，它們之間的化學(xué)反應(yīng)都是氣態(tài)和固態(tài)的兩相反應(yīng)，但在溶液狀態(tài)下堿性吸附劑的去除效率高于固態(tài)干粉中的堿性吸附劑。堿性吸附劑的噴射位置通常在SCR 凈化裝置前端或SCR 凈化裝置后端，空預(yù)器前端。常用的堿性吸附劑有NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Na2CO3等。在經(jīng)濟(jì)成本允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇與SO3反應(yīng)的堿性吸附劑形成氣體，所得氣體可以支撐堿性顆粒的多孔結(jié)構(gòu)，增加比表面積，提高SO3的去除效率[2]。

3 火電廠空預(yù)器堵塞改善措施

3.1 加強(qiáng)空氣預(yù)熱器蒸汽吹灰

由于空氣預(yù)熱器存在堵塞問題，火電廠需要從各機(jī)組實(shí)際情況出發(fā)，因地制宜地應(yīng)用防堵方法，如加強(qiáng)空氣預(yù)熱器吹灰，利用熱空氣循環(huán)、高壓水沖洗、熱解空氣預(yù)熱器等方式降低煙氣中的煙灰體積。針對(duì)空氣預(yù)熱器堵塞的各種原因，從優(yōu)化調(diào)節(jié)和維護(hù)2 個(gè)方面提出相關(guān)對(duì)策，希望可以提高機(jī)組運(yùn)行效率，增加機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)鍋爐空預(yù)器內(nèi)的壓差增大時(shí)，操作人員應(yīng)將左右兩側(cè)的排氣溫度輪流升高到150 ～160 ℃，以減少硫化氫銨的阻塞[3]。清理空氣預(yù)熱器是日常管理中的重要工作，可以有效防止發(fā)生堵塞。定期或密集吹掃可以有效減緩空氣預(yù)熱器堵塞的可能性。當(dāng)空氣預(yù)熱器負(fù)荷下的工作壓力差接近設(shè)計(jì)上限時(shí)，空預(yù)器已存在輕微堵塞問題。這種情況下通過增加空預(yù)器的吹氣壓和頻率，可以在一定程度上緩解堵塞情況。但是，隨著使用時(shí)間的增加，灰塵在熱交換面中間移動(dòng)，空預(yù)器的阻力不斷增加，不僅會(huì)損傷熱交換元件，加劇灰塵的污染，還會(huì)損壞熱交換元件的冷端，導(dǎo)致空預(yù)器泄漏。因此，必須在說明書的指導(dǎo)下使用空預(yù)器，避免長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)吹出灰塵。如果沒有明顯的蒸汽噴霧效應(yīng)，應(yīng)及時(shí)確定原因，注意現(xiàn)場(chǎng)檢查空預(yù)器，防止不良排水。如果換熱元件發(fā)生爆炸，應(yīng)從爆炸次數(shù)、過壓蒸汽、排水不良、閥門內(nèi)部泄漏等方面尋找原因，并有針對(duì)性地進(jìn)行處理，解決提升閥效率低下、排水管道結(jié)構(gòu)不合理等問題[4]。為了達(dá)到空氣預(yù)熱器的預(yù)期吹掃效果，必須充分保證吹掃壓力、吹掃頻率、吹掃時(shí)間、吹掃溫度和吹掃蒸汽質(zhì)量。太高或太低的壓力都不能保證空氣預(yù)熱器的吹掃效果。操作人員應(yīng)根據(jù)空氣預(yù)熱器的堵塞程度和吹掃所需的壓力范圍，確定合適的吹掃壓力。吹掃的頻率和時(shí)間取決于空氣預(yù)熱器的壓力差。粉塵處理應(yīng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，必要時(shí)空氣預(yù)熱器可連續(xù)吹掃。如果空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重，可用高壓沖洗清除空氣預(yù)熱器換熱元件冷端的灰塵，且在沖洗后應(yīng)立即回收蒸汽粉塵[2]。

3.2 熱風(fēng)循環(huán)加熱

設(shè)置熱風(fēng)循環(huán)加熱主要是為了防止冬季環(huán)境溫度下降時(shí)，空氣預(yù)熱器壓強(qiáng)因溫度失衡而無(wú)法正常工作。空氣預(yù)熱器堵塞問題日益突出，增加熱風(fēng)循環(huán)裝置可顯著提高運(yùn)行中冷端空氣入口的綜合溫度，從而有效控制空氣預(yù)熱器的堵塞情況。使用以風(fēng)扇葉片為主的空氣調(diào)節(jié)裝置，在風(fēng)扇入口處設(shè)置熱風(fēng)循環(huán)，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)加重葉片的磨損。因此，有些火電廠采用加熱器加熱或熱風(fēng)再循環(huán)結(jié)構(gòu)，在出口處利用離風(fēng)機(jī)解決風(fēng)機(jī)葉片磨損問題。但是，由于進(jìn)氣口空氣預(yù)熱器溫度會(huì)隨之升高，會(huì)導(dǎo)致鍋爐效率下降。以1 臺(tái)660 MW機(jī)組的實(shí)際工作為例，當(dāng)進(jìn)氣溫度提高到60 ℃、排氣溫度提高10 ℃時(shí)，供電用煤量將約增加1.6 g·h-1。這種方式不僅限制了空預(yù)器冷段部位金屬溫度的升高，還不能達(dá)到硫化氫的熱解和汽化溫度。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，這種方式雖然對(duì)改善冷端腐蝕和減緩壓差增大有一定作用，但是仍不能完全解決空預(yù)器堵塞問題[4]。對(duì)于空預(yù)器堵塞的機(jī)組，應(yīng)盡可能暫停硫化氫銨的彈性排放，遵循每次停機(jī)時(shí)需要清洗的原則，嚴(yán)格遵守兩次清洗通風(fēng)和干燥規(guī)定，至少預(yù)留24 h 可控制。此外，增加空預(yù)器的吹掃時(shí)間和頻率，以保證吹掃效果，及時(shí)更換催化劑，保證催化劑的正?；钚?。定期檢查氨管溫度，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)利用停機(jī)單元進(jìn)行拆卸，以保證氨和硫化物的良好混合。同時(shí)，需要科學(xué)控制空預(yù)器的空氣泄漏速度，利用機(jī)組維修和停機(jī)有效控制空氣泄漏[3]。

3.3 空氣預(yù)熱器升溫汽化

少量的固態(tài)硫化物可以用加熱方式去除，但在低溫、中溫范圍難以去除硫化物。部分火電廠試圖提高煙氣溫度來改變空預(yù)器的工作溫度范圍。由于硫酸氫銨的產(chǎn)生區(qū)域可以向下移動(dòng)，原硫酸氫銨區(qū)域頂部的硫酸氫銨蒸發(fā)，從而減緩空預(yù)器的阻塞。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷超過70%時(shí)，應(yīng)通過降低風(fēng)機(jī)的單向力，使排氣單向溫度升高到200 ℃以上，控制空預(yù)器單向排氣的升溫速度，防止空預(yù)器損壞。硫酸氫銨的熱解至少需要10 h，而大多數(shù)峰值組件不能長(zhǎng)時(shí)間維持穩(wěn)定的負(fù)荷。根據(jù)硫酸氫銨熱分解特性分析，其熱分解溫度在345 ℃以上，真正蒸發(fā)的硫酸氫銨只占很小一部分，而中間溫度和冷端上部依舊會(huì)引起堵塞[4]。

3.4 高壓水沖洗

受節(jié)能政策影響，現(xiàn)階段熱電機(jī)組需要長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行。即使進(jìn)行了改進(jìn)且吹掃速率良好，空預(yù)器的壓強(qiáng)也可能上升到短時(shí)間內(nèi)無(wú)法工作的程度。因此，一些火電廠進(jìn)行了在線清洗，根據(jù)摩擦力變化提供在線清洗，以減少吹掃阻力。實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)在75%～90%的負(fù)荷段進(jìn)行高壓水洗，以提高廢氣溫度，減少噴霧次數(shù)，降低泄漏速率，改善沖洗效果。沖洗除堵的效果顯著，但實(shí)際操作過程復(fù)雜而危險(xiǎn)，無(wú)法保證沖洗后的效果，易造成元件開裂，不能經(jīng)常使用。如果沖洗幾天沒有明顯效果，說明堵塞情況嚴(yán)重，應(yīng)盡快停機(jī)修理。停機(jī)進(jìn)行自動(dòng)水洗時(shí)，應(yīng)結(jié)合各場(chǎng)地的實(shí)際灰塵水平確定清洗工藝。如果在平均溫度范圍內(nèi)有灰塵，則需要抽包清洗，以便完全去除熱交換元件中的灰塵。如果只有冷端存在，則考慮整體清洗。在停機(jī)時(shí)間方面，抽包清理時(shí)間更長(zhǎng)，通常停機(jī)時(shí)間超過20 d。加熱部件充電后，應(yīng)著重恢復(fù)和調(diào)節(jié)徑向間隙，以防由于間隙過大而在運(yùn)行過程中增加壓差[4]。

3.5 控制氨逃逸量

在燃煤電廠的實(shí)際運(yùn)行中，由于NOx不均勻，普遍存在氨含量過高和脫硝效率低的問題。將多余的氨排放到煙道的某些區(qū)域會(huì)導(dǎo)致氨泄漏增加，增加腐蝕和堵塞空預(yù)器的風(fēng)險(xiǎn)。因此，火電廠為消除煙道中氨化物濃度分布不均問題，通常對(duì)其進(jìn)行噴涂操作。通過調(diào)節(jié)入口處氨分支上的閥門開口，氨濃度可根據(jù)煙道不同區(qū)域的需求量而變化。該方法可以有效減少氨的用量，提高脫氮效率。為確保裝置的脫硝效率并降低空氣預(yù)熱器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，火電廠必須定期對(duì)SCR裝置進(jìn)行控氨測(cè)試。維護(hù)過程中必須加強(qiáng)對(duì)噴霧劑的檢測(cè)，以免由于噴霧劑的損壞而在其他區(qū)域過度噴灑氨?？刂瓢毙孤┑牧硪粋€(gè)措施是確保脫硝催化劑的活性?；钚暂^低的催化劑不能保證NH3和氮氧化物的充分反應(yīng)，因此必須加強(qiáng)對(duì)催化劑粉塵的吹掃，以保證催化劑表面的清潔，定期檢查催化劑的活性，及時(shí)更換因煙灰、重金屬等因素而失活的催化劑，以免過量的氨因催化劑的作用而失活。此外，低氮燃燒技術(shù)可以減少SCR 入口的NOx數(shù)量和氨含量，從而減少氨含量，緩解空預(yù)器堵塞的問題[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

煙氣中所含有的雜質(zhì)會(huì)造成空預(yù)器的腐蝕和堵塞。目前，國(guó)內(nèi)火電廠正在積極尋找控制改善空預(yù)器堵塞的方法，希望從源頭解決堵塞問題，由此出現(xiàn)了一系列防堵技術(shù)。但是，由于尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，普適性方面依舊存在問題。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加大研究力度，不斷改善防堵技術(shù)的應(yīng)用效果。