火力发电厂空气预热器堵塞原因分析及应对措施

司志民

(大唐国际张家口发电厂，张家口 075133 )

0 引 言

河北某发电厂空气预热器是东方锅炉厂采用美国CE技术生产制造的三分仓容克回转式预热器。采用逆流式再生热交换，侧部围带传动，蓄热元件分别装在48个仓格中；密封有热端、冷端径向密封，轴向密封，旁路密封，固定密封。其旋转方向：烟气→二次风→一次风→烟气。

2011年-2014年，空气预热器结合脱硝进行了相应改造，更换了热端蓄热元件，高度1 000 mm、材质为优质碳钢、材质厚度0.5 mm；更换了冷端镀搪瓷蓄热元件：高度900 mm、基板材质为进口专用搪瓷钢。

近年来环保指标的超低排放，使得空预器堵塞的问题变得更加突出。

1 氨逃逸与硫酸氢铵堵塞

造成空预器堵塞的主要成分主要是硫酸氢氨。硫酸氢氨(Ammonium Bisulfate)简称ABS，分子式为NH4HSO4。

氨气与SO3经过如下两个反应生成硫酸氢氨和硫酸铵：

NH3+SO3+H2O=NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O=(NH4)2SO4

硫酸氢铵在不同的温度下分别呈现气态、液态、颗粒状固态，硫酸氢铵的露点大约在147 ℃，其以液体形式在物体表面聚集或以液滴形式分散于烟气中[1]。

液态的硫酸氢铵是一种粘性很强的物质 ,很容易在空预器沉积，并促使大飞灰附着于空预器，造成空预器的堵灰，减小空预器内流通截面积，增大预热器阻力，降低换热效率，且预热器冷端蓄热元件底部位置尤为严重[2]。

同时，硫酸氢铵或硫酸铵本身对金属有较强的腐蚀性，也会造成空预器外壳及蓄热元件的腐蚀。

严重时，在预热器下游设备，包括吸风机和除尘器均有发现硫酸氢氨的沉积，造成出力下降，影响机组的安全运行。

如图1所示，影响硫酸氢氨生成的因素主要有两个，一是烟气中SO3的含量，另一个便是氨逃逸。

图1 ABS生产温度曲线

氨逃逸率主要取决于如下几个因素 : (1)氨流量分布的不均 ；(2)设定NH3/NOx的摩尔比；(3)温度；(4)催化剂堵塞与老化。

当反应器入口管道设计不合理时 ，会引起反应器截面上的NH3/NOx摩尔比、流量或温度出现偏差 ,从而造成NH3泄漏以及NOx脱除不完全,影响脱硝效率。在氨逃逸量的控制方面可通过计算流体力学 (CFD)软件进行优化设计,模拟烟气流量和流速,确定导流叶片的类型、数量和位置,使入口烟气流速、温度和浓度均匀；同时模拟氨气的混合,调整喷氨格栅(AIG)各个喷口,使NH3混合均匀,达到减少氨逃逸的目的[3-4]。

为提高SCR脱硝效率，NH3/NOx摩尔比通常控制大于1，因此脱硝过程氨逃逸就不可避免。SCR脱硝过程使用的催化剂会对烟气中的SO2产生催化作用，氧化为SO3[5-7]。当NH3/SO3摩尔比大于2时，会产生硫酸氢铵。

据国外经验，当氨体积浓度为(3-5)×10-6时，3～6个月就能使空预器阻力上升1倍，迫使机组停炉清理堵灰[8-9]。

当氨逃逸率在1 ppm以下时，硫酸氢铵生成很少，空预器堵塞现象不明显，若氨逃逸率增加到2 ppm，空预器运行半年后其阻力增加约30%，若氨逃逸率增加到3 ppm，空预器运行半年后其阻力增加约50%，其引风机出力相应增加[10]。

为有效降低硫酸氢铵在空预器换热元件上的形成速率，可选用搪瓷镀层换热元件。

2 差压大的危害

空预器堵塞的直接体现是预热器前后的差压增大，而差压增大会导致：

(1)引风机送风机出力增大，甚至使风机工作在不稳定区间，造成失速。

(2)造成一二次风量及炉膛负压的周期性波动，影响燃烧稳定。

(3)长期受到积灰与差压大的影响，会对上下轴承造成附加的额外应力，从而造成上下轴承的损坏甚至空预器受热面的偏斜。

(4)堵塞与积灰也会加快受热面腐蚀，使受热面的寿命缩短。

3 堵塞原因分析

从机组运行与维护的角度考虑，空预器堵塞的原因可以归结为以下几点：

(1)经常性执行弹性减排环保指标要求，使尿素单日耗量增加，氨逃逸明显增加，造成蓄热元件结垢腐蚀堵塞；

(2)机组低负荷运行，脱硝入口烟气温度低，催化剂活性下降，导致过量喷氨更加严重，空气预热器冷端产生的硫酸氢铵粘结在蓄热元件上造成堵塞；

(3)脱硝出入口NOx测点不准，脱硝自动无法投入运行，手动调整难以适应负荷变化，只能依靠脱硫侧NOX浓度测点手动调整。

(4)空预器吹灰深度有限，对空预器中低温区域中硫酸氢铵生成物的清除效果不理想；

(5)催化剂投运时间超设计寿命，活性低于设计使用阈值，脱硝需氨量明显增大；

(6)煤场原煤来煤硫份高时，入炉煤硫份偏离设计值，额外增大锅炉排放烟气脱除负担。

(7)脱硝系统在低负荷运行时，因积灰堵塞喷氨格栅喷嘴及管路，造成脱硝喷氨流场不均，烟气氨逃逸增大，加剧了空气预热器的堵塞和腐蚀。

(8)冬季进入空预器的空气温度低，加重了硫酸氢铵对空预器的堵塞；

(9)空预器漏风的影响。预热器漏风使局部SO3露点升高，容易在蓄热元件上发生低温腐蚀。

(10)停机检修时间短，导致空预器冲洗、干燥时间不足，风机开启后烟气携带水份，造成灰分板结，加重空预器的堵塞。

4 应对措施及建议

针对空气预热器发生堵灰的各方面原因，从优化调整与检修维护的两大角度提出以下应对措施，希望能在空气预热器堵灰的问题上有所效果，提高机组运行效率改善机组经济效益。

(1)及早发现采取应对措施。当发现某台锅炉预热器差压有增大趋势时，运行人员轮流提高左、右侧排烟温度至150～160 ℃的方式来缓解硫酸氢铵堵塞；

(2)对于有预热器堵塞的机组，应尽量暂缓执行NOX弹性排放；

(3)坚持对空预器“逢停必冲”，时间控制上，严格执行两遍冲洗、通风干燥不少于24小时的规定；

(4)冬季时，及时投入一次风暖风器运行；

(5)在保证氮氧化物小时均值不超标情况下，合理控制喷氨量，降低氨逃逸率；

(6)在保证锅炉安全、稳定运行的情况下，通过燃烧调整，控制氮氧化物量；

(7)适当增加空气预热器吹灰时间以及吹灰次数，来保证空预器的吹灰效果；

(8)及时更换脱硝催化剂，保证催化剂的正常活性。

(9)经常检查喷氨格栅管道的温度情况，发现异常应利用机组停运机会对其进行疏通处理，保证氨气与NOx的良好混合。

(10)做好空预器漏风率控制，利用机组检修及停运机会，做好预热器漏风治理。

如果发现空预器压差大时，应该采取以下措施：

(1)锅炉引风机动叶开度上限至80%，防止失速；

(2)空气预热器烟气侧差压在2.8 kPa(取两侧最大值)时，机组禁止升负荷。

(3)锅炉在低负荷时通过调整减少送风机风量使空气预热器差压高的一侧通过提高排烟温度在160 ℃进行硫酸氢氨加热分解，两侧定期进行切换分解，机组做好送风机调整和锅炉燃烧调整。

5 结束语

随着机组投运时间的增长以及近年来环保指标的提高，空气预热器堵灰在燃煤电厂成了重要问题。

针对预热器的堵灰问题，文中总结了运行与维护过程中可以采取的一些措施，并通过加强脱硝运行管理，实际预热器运行可以达到正常。