SCR脱硝机组空预器换热元件的选型分析

沈利

(浙江浙能技术研究院有限公司，浙江杭州310003)

SCR脱硝机组空预器换热元件的选型分析

沈利

(浙江浙能技术研究院有限公司，浙江杭州310003)

硫酸氢铵的堵灰和低温腐蚀是影响SCR脱硝机组空预器长期稳定运行的重要因素。换热元件的板型是空预器的关键部分，而相应的选型需要考虑其传热、阻力性能和防腐蚀这三方面的因素。着重分析了国内5家空预器生产厂家的换热元件各板型的适用范围及特点，并在此基础上提出在设计阶段相应的选型推荐方案。锅炉增加SCR脱硝系统后，它的运行将对已经设计或改造成型后的空预器产生影响，因而在后期运行方面提出几点运行管理建议及清洗要求。

SCR脱硝;空预器;换热元件;板型;选型分析

0 引言

空预器的作用是利用废烟气中的大量热能预热进入锅炉中的冷空气，从而提高锅炉效率，达到节省燃煤的作用。换热元件的设计应保证从烟气至换热元件、从换热元件至空气最有效的换热性能。

低温腐蚀和堵灰是影响空预器和锅炉长期、稳定、高效运行的主要因素，对于SCR(Selective Catalytic Reduction)脱硝空预器尤为突出。为防止空预器在运行中发生冷端换热元件的低温腐蚀、酸沉积及硫酸氢铵(Ammonium bisulfate，ABS)堵灰，实际中所配套的SCR空预器冷端换热元件需采用国外进口的镀搪瓷换热元件。

硫酸氢铵一般在150～200℃的温度范围内易形成堵塞现象，而这一温度段正好在空预器的中低温段，这会影响空预器的阻力，并对空预器的清洗能力提出了新的要求［1－2］。针对SCR空预器会有硫酸氢铵(ABS)堵灰的现象，一般可根据空预器温度场的分布来优化冷端换热元件的高度，使冷端酸沉积和硫酸氢铵堵灰完全处在冷端换热元件中，以防止空预器发生异常堵灰。换热元件是空预器的关键部分，因此保证其传热、阻力性能和防腐蚀的可靠性是极其重要的，当前电厂因脱硝改造的施行，空预器也进行升级改造，换热元件的材质和板型应同样进行设计优化后也需相应的配套改造。

1 各换热元件板型种类及适用场合

换热元件是回转式空预器的核心部件，因此保证其传热、阻力性能和防腐蚀的可靠性是极其重要的。国内主要的空预器生产家包括上海锅炉厂、哈尔滨锅炉厂、东方锅炉(集团)、豪顿华工程有限公司和无锡巴克杜尔技术公司共5家单位。下面分别对其生产的空预器换热元件的板型及适用场合进行了分析。

1.1 上海锅炉厂有限公司

上海锅炉厂有限公司的回转式空预器是基于从阿尔斯通(ALSTOM)公司引进技术，具有品种多、系列全的特点，具体如表1所示［1］。

表1 换热元件的板型和适用范围

1.2 哈尔滨锅炉厂有限责任公司

哈尔滨锅炉厂生产的换热元件的板型和使用范围如下［1］:DUN(FNC)用于不易结渣(酸性灰)煤(热段换热面)，油或气燃料(全部换热面);DN3 (DL3)用于易结渣酸性灰煤、碱性灰煤和高灰煤、油或气燃料，有较多疏灰直通道，能大大改善元件堵灰;DU3(UNU)用于轻微结渣性灰煤、油或气燃料; NF3.5(NF6)适用煤燃料、结细长渣或高水分煤、其他煤种冷段布置;DFC适用全部燃料，特点为高换热、抗堵灰、易清洗，主要用于脱硝预热器。

1.3 东方锅炉(集团)股份有限公司

目前常用的型式主要包括DU、NF和DUF这三种，具体如下［1］:DU专门用在空预器的热端，具有最好的热交换性能，对于一定的热量所需的元件量最少;NF主要用在常规空预器的冷端，一般为大波纹波形，使灰更容易排出，并可防止低温段腐蚀，有效防止空预器的冷端堵塞;DUF针对脱硝空预器专门设计的板型，具有高换热效率和低阻力特性，用在空预器的冷端，可有效防止硫酸氢铵的堵塞。

1.4 豪顿华工程有限公司

目前经常使用的有5种型式的换热元件波纹板，具体如下［1］:HS6是最简单的一种换热元件，换热性能较低，目前很少使用。HS7特别适合于国内的煤种，可以在热端、中温段和冷端中选用;HS8可以在热端、中温段和冷端中选用，也可用于镀搪瓷换热元件;HS9可以在热端、中温段和冷端中选用，是一种更开放的换热元件，传热效率较HS7和HS8低，但具有较高的清洗效率;HS20可以在热端、中温段和冷端中选用，具有最好的传热性能。

1.5 无锡巴克杜尔技术有限公司

无锡巴克杜尔公司的热交换器特别适用于空间小、传热效率要求高的应用场合，采用有效而可靠的清灰系统，使设备运行阻力维持在极低的水平。波纹板型主要包括LS型和KW(或CU)板型，其中，LS适用在烟气－烟气换热器和脱硝空预器中;KW/CU只推荐应用在部分空预器热端。

2 SCR脱硝机组空预器的技术要求

2.1 换热元件设计或改造要求

基于上述的各空预器厂家的换热元件板型及适用场合的分析，为有效防止脱硝对空预器带来的影响，应对脱硝空预器的受热面结构做如下的要求:

(1)空预器换热元件由三段布置改为两段，主要是使冷端涵盖液态硫酸氢铵的生成温度范围，这样就避免了在硫酸氢铵沉积区域分段、空预器分段处局部堵灰状况的恶化造成的瓶颈［3］。

(2)鉴于换热元件的板型影响运行阻力、换热、磨损等指标，故空预器热段宜采用强化换热的板型，冷段宜采用便于吹灰疏通的板型。

对配有SCR脱硝的锅炉空预器，冷段换热元件高度需在所有SCR运行负荷范围内满足硫酸氢铵沉积物全部沉积在冷段内部;对采用高硫煤(含硫量大于1.5%)等的使用场合，冷段换热元件宜使用搪瓷表面。空预器冷、热段换热元件设计优先考虑因素表具体如下表2所示。

表2 换热元件设计优先考虑因素表

(3)脱硝空预器冷端换热元件材料的选用应综合考虑燃煤含硫量、灰硫比、SCR脱硝中SO2向SO3的转化率等因素，以防换热元件发生腐蚀和堵灰。

2.2 换热元件的选型推荐

综合分析选出适用于SCR脱硝空预器冷、热段换热元件的板型，如表3所示。

表3 SCR空预器换热元件选型结果

2.3 运行管理及清洗要求

(1)控制硫酸氢铵的生成，从源头上控制空预器的堵灰。在机组脱硝的喷氨调试时尽量使喷氨格栅分配均匀，减轻局部喷氨过量的影响。在运行中要控制氨逃逸率，不能盲目地靠增加喷氨量来提高脱硝效率［4］。

(2)加强煤质控制，优化设定脱硝设施停止喷氨运行的温度;运行中严控空预器的压差，并加强吹灰优化的管理，包括吹灰方式、吹灰频率、吹灰介质压力等方面。

(3)对于脱硝空预器，在冷、热端设置蒸汽和高压水的双介质吹灰器［5］。吹灰清洗模式为:蒸汽作为常吹，高压水冲洗为在线微量冲洗。

(4)空预器在正常条件下运行只需定期吹灰，当定期吹灰无法去除换热元件的积灰而保持换热元件的洁净，则应分析原因。

(5)利用机组停运机会对空预器进行清洗也是保持换热元件清洁和高效换热的有效方式。

3 结语

(1)空预器的板型选用应考虑传热性能、防堵性能与防腐蚀性能。热段宜优先考虑传热性能，冷段宜优先考虑防堵性能，针对不同的空预器，应在设计阶段(或改造前)选用适宜的换热元件板型。

(2)SCR空预器冷段换热元件材料的选用应综合考虑燃煤含硫量、灰硫比等因素，并同时结合换热元件板型的选型，以防SCR空预器换热元件发生腐蚀和堵灰。

(3)镀搪瓷换热元件是防止空预器换热元件低温段堵灰的有力措施。先进的镀搪工艺所带来的搪瓷层的高耐腐蚀性，是镀搪元件寿命的保证，尤其是在脱硝空预器低温酸蚀的环境当中。

(4)保证脱硝空预器换热元件的清洁，定期除灰是最有效的手段。锅炉增加SCR脱硝系统后，为能够有效清洗空预器换热元件的受热面，应在空预器冷、热端配置蒸汽和高压水的双介质吹灰器。

［1］中国华电工程(集团)有限公司，上海发电设备成套设计研究院.烟风与煤粉制备系统设备(大型火电设备手册)［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［2］钟礼金，宋玉宝.锅炉SCR烟气脱硝空预器堵塞原因及其解决措施［J］.热力发电，2012，41(8):45－48.

［3］西安热工研究院.火电厂SCR烟气脱硝技术［M］.北京:中国电力出版社，2013.

［4］尹进.1000MW超超临界机组同步脱硝空预器优化［J］.科技视界，2011(25):87－89.

［5］马双忱，金鑫，孙云雪，等.SCR烟气脱硝过程硫酸氢铵的生成机理与控制［J］.热力发电，2010，39(8):12－17.

Selection analysis on template of air pre－heater for Selective Catalytic Reduction denitration units

Ash fouling from ammonium bisulfate and low temperature corrosion is an important factor which air pre－heater is in long－term and stable motion for Selective Catalytic Reduction Denitration Units.Template of heat exchange element is key component for air pre－heater，and performance of heat transfer、resistance and anticorrosion is taken into account for selection of air pre－heater.Scope of application and characteristic for various templates of heat exchange element in the five domestic manufacturers of air pre－heater are emphatically analyzed in this article，after that，schemes of selection are put forward in the design stage.SCR denitration device is installed in boilers，which will influence on air pre－heater that has been designed or reformed，therefore several management recommendations and cleaning requirements are put forward.

SCR denitration;air pre－heater;heat exchange element;template;selection analysis

TK226

B

1674－8069(2016)026－03

2015-11-16;

2016-01-23

沈利(1985-)，男，浙江台州人，硕士，工程师，主要从事锅炉燃烧优化、热力试验与节能改造工作。E－mail:shenli0001@ 163.com