700 MW 超临界锅炉空预器差压高治理

方 吉，吴 顺，李泽峰

（江西赣能股份有限公司丰城二期发电厂，江西 丰城 331100）

0 引言

某电厂2×700 MW 超临界机组锅炉是由上海锅炉厂有限公司设计制造的超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊Π 形结构。锅炉主蒸汽和再热蒸汽压力、温度、流量等参数要求与汽轮机的参数相匹配，主蒸汽温度为571 ℃，最大连续蒸发量（BMCR）为2 101.8 t/h。锅炉制粉系统为中速磨煤机正压冷一次风机直吹式制粉系统，每台锅炉配置6 台中速磨煤机。锅炉风烟系统采用平衡通风的方式，通过匹配送风机与引风机的出力来平衡炉膛的压力。炉后尾部布置两台转子直径为14 236 mm 的三分仓容克式空气预热器，每台锅炉配置两台。

随着我国节能环保要求越来越严格，国家对火电厂大气污染物排放标准有了新的要求，NOx排放的限值为50 mg/Nm3。当前大多数火电厂主要采用选择性催化还原法（SCR）为烟气脱硝技术，也就是在省煤器和空气预热器中加装SCR 脱硝装置，可以减少火电厂运行过程中NOx 的排放量[1]。为积极响应国家环保政策，该电厂于2017年对5 号、6 号锅炉配套进行了超低排放改造。改造后，实际运行中出现以下问题：SCR 喷氨不均，局部出现部分氨逃逸现象，当逃逸的氨遇到SO3生成硫酸氢氨时，由于硫酸氢氨具有较强的粘附性，很容易将烟气中的灰尘黏着在空预器中，导致空预器出现堵塞现象，严重影响脱硝机组的经济安全运行。2020年春节假期及疫情期间由于机组负荷率低，造成该厂6 号机组累计接带低负荷时间较长，导致空预器差压快速上升。高负荷时引风机总压升高达到8 kPa，接近引风机设计压升（见表1 所示），引风机已处于不稳定区域，容易发生失速故障。空预器一次风侧差压高达到3 kPa，一次风机出口风压高达12 kPa，一次风机存在喘振风险。因此，加强对氨逃逸率的控制以及如何降低空预器差压是一个现实的、急需解决的工程课题。以往该厂在空预器差压升高后采取增加空预期吹灰频率、在线冲洗以及停炉高压水冲洗等措施，但增加空预期吹灰频率效果不明显；停炉高压水冲洗时间不可控且费用比较高。加上受疫情影响，在线冲洗项目无法开展。通过了解，目前一些电厂采用空预器在线升温的方法治理硫酸氢氨造成的空预器堵塞问题，在治理效果上取得了显著的成效。结合该厂相关设备的技术特性，运行专业决定进行空预器升温降阻试验，一方面验证该方法在本厂的可行性，另一方面也为后续操作及设备改造提供试验依据。

表1 5号、6号锅炉引风机设计规范

硫酸氢氨的气化温度在150~230 ℃范围内，硫酸氢氨将由固态变成气态。采用空预器在线升温的办法治理硫酸氢氨造成的空预器堵塞的治理方案，即将空预器升温至220 ℃左右，使硫酸氢铵气化，从而治理由于硫酸氢氨造成的空预器堵塞问题[2-4]。

1 试验内容

根据机组运行情况，空预器升温降阻试验计划安排在45-50% BMCR 工况进行，对应机组负荷为320 MW 左右。在该工况下稳定锅炉负荷、风量、一次风压及其他相关运行参数，然后逐步提升单侧空预器出口排烟温度至200~230 ℃稳定一定时间，使附着在空预器换热面上的硫酸氢铵气化，达到降低空预器差压的目的。

2 试验方法

试验期间，将锅炉各项参数调整到正常状态，并保持机组负荷和锅炉燃烧稳定。然后逐渐退出锅炉贴壁风系统，逐渐关小B 空预器出口热二次风挡板、热一次风挡板，控制好升温速率，逐步提升B 空预器出口烟温至200~230 ℃，然后记录引风机进口静压、空预器出口烟温、空预器进出口差压等锅炉相关的运行参数。

3 空预器升温降阻试验安全性及可行性分析

通过查询该厂空预器说明书、电除尘、引风机、脱硫吸收塔运行说明书，空预器蓄热片为普通碳钢，变形温度为420 ℃，表面喷涂陶瓷的冷端蓄热元件爆瓷温度在300 ℃以上，空预器升温后整体膨胀变形。温度提升后，主要是考虑空预器膨胀问题。根据不锈钢膨胀系数，冷端径向温升100 ℃计算，冷端变形量、轴向平均温升较小，空预器间隙调整的形变余量在空预器软性密封的允许范围之内。控制升温速率≤1.5 ℃/min将不会发生空预器内部动静摩擦现象，因此升温对蓄热片无影响。电除尘内部主要有阳极、阴极、电极瓷瓶等，没有对烟温有特别要求材料，但电极瓷瓶耐受温度可能是制约点。为了防止瓷瓶出现裂纹，以投产以来运行经验表明，温度在170 ℃无影响；根据厂家提供的资料，烟气温度提升到180 ℃后对引风机叶片不会有影响，但应加强对引风机轴承温度监视；脱硫吸收塔内除雾器为塑料材质，对烟温有明确要求，要求吸收塔烟气入口温度不大于160 ℃。

该厂空预器入口烟温一般在290~350 ℃，50%BMCR 工况下，空预器入口烟温约290 ℃，因此适当减少空预器冷二次风、一次风量，必要时调整A、B 侧送、引风机及一次风机出力就能达到提高烟温至230 ℃要求。

通过以上设备运行情况考察及风机出力分析，在50%左右锅炉负荷，通过关闭贴壁风，热二次风、热一次风协同调整，就能达到提高排烟温度，整体提高空预器运行温度。满足试验烟温需要。因此该方案可行，现场具备提高烟温进行治理条件。

4 空预器升温过程中的危险点及注意事项

1）控制好升温速率，防止由于膨胀不均造成卡涩。

2）投入空预器冷端吹灰连续运行，加强引风机轴承温度监视。

3）缓慢调整参数，防止烟温过调超限危害电除尘、脱硫吸收塔设备安全，另外防止升温速率过快造成空预器变形大卡涩。

4）提前试运吸收塔事故喷淋，确保设备安全。

5）加强另一侧风机参数监视，防止过负荷。

6）两侧空预器运行工况差别大，监视好锅炉壁温、主再热汽温，防止单侧参数严重超标。

7）加强锅炉燃烧及磨煤机运行监视。由于单侧一、二次风退出，可能会造成一、二次风温下降影响锅炉燃烧及磨煤机干燥处出力。

8）做好试验空预器、该侧风机及另外一侧风机跳闸的事故预想。

5 现场治理方案实施及效果

2020年05月07日，在进了充分准备情况下，进行了6 号炉B 空预器升温试验。机组带45%负荷稳定后，退出6 号炉贴壁风系统，逐渐关小B 空预器出口热二次风挡板和热一次风挡板，控制B空预器出口烟气温度上升速率≤1.5 ℃/min。最终将B 空预器出口热二次风挡板和热一次风挡板全部关闭，维持B空预器出口烟气温度200 ℃左右。有效的把吸收塔入口烟温控制在155 ℃，满足空预器后各设备安全运行要求。

6号炉B空预器排烟温度达200 ℃左右，经过4小时后其阻力有所降低，考虑到空预器冷端漏风的影响，空预器冷端蓄热片的底部应该达到了220~230 ℃，在此温度下硫酸氢氨可以气化，空预器阻力有所降低。因机组负荷低，空预器差压下降幅度不大，有待改变机组负荷对试验效果进行验证。

试验前后锅炉主要运行参数及热态试验结果见表2，B空预器差压有明显下降，机组带690 MW负荷，相同风量下，空预器烟气侧差压下降约0.5 kPa，一次侧差压下降约0.5 kPa，引风机入口静压下降约0.5 kPa，两台引风机电流下降约50 A，节能效果显著。

表2 试验前后锅炉主要运行参数

6 结语

1）6号炉B 空预器差压有明显下降，锅炉高负荷运行时总风量上升50 t/h以上，机组带690 MW 负荷，相同风量下，空预器烟气侧差压下降约0.5 kPa，一次风侧差压下降约0.5 kPa，引风机入口静压下降约0.5 kPa，两台引风机电流下降约50 A。证明此方法效果明显，且操作过程风险可控，可操作性较强，适合后续空预器差压升高时的治理。

2）此次试验温度、时间虽然未达到试验要求温度和时间，但从试验结果来看，效果还是比较明显，因为空预器出口排烟温度安装测点位置在空预器出口烟道上，空预器冷端实际温度比排烟温度要高。另外，试验过程中B 空预器出口热二次风挡板卡涩在15%关不到位也对空预器出口烟温有所影响，后期只需将该缺陷消除，烟温还有上升空间。另外此次试验过程中吸收塔入口烟温实际已接近150 ℃，继续升温空间也有限。综合以上几方面原因，以后空预器升温降压阻试验温度控制在190~210 ℃左右即可。

3）通过此次试验，证明通过提高空预器出口排烟温度使附着在空预器上硫酸氢铵蒸发降低空预器差压的方法在该锅炉切实有效，因此，该厂计划暂停执行空预器在线冲洗项目，这样可以节省近100 万元设备投资费用及后期运行费用。

4）锅炉专业制定合理的空预器冷端受热面腐蚀的检查周期。由于空预器升温降压阻方案只对硫酸氢铵附着在空预器受热面上造成的差压上升有效，而对空预器低温腐蚀及受热面破损造成的差压上升是无效的，低温腐蚀又会加剧硫酸氢铵附着，是一个加剧恶化的过程，因此要合理安排空预器冷端受热面腐蚀情况的检查及更换周期。

5）从近两年空预器差压上升时间段来看，都是发生在1、2月份，主要是因为1、2月份环境温度低、机组负荷低，空预器低温腐蚀和硫酸氢铵附着相互促进造成空预器差压快速上升。1、2月份可以通过适当降低配煤含硫来减轻空预器低温腐蚀，减缓空预器差压上升速率。

6）锅炉超低排放改造后，空预器差压正常值要求为1 200 Pa。根据此次试验，制定以后空预器差压升高时的处置措施，以后机组运行中空预器差压（烟气侧）高于1 600 Pa时执行空预器升温降压阻试验方案，试验时间控制5 h左右；空预器差压（烟气侧）高于2 000 Pa 时执行空预器升温降压阻试验方案，试验时间控制10 h左右。若差压仍不能降低，根据机组检修时间综合考虑是否进行在线冲洗。

通过实践检验，证明该侧空预器附着的硫酸氢铵在烟温提升后确实按预想进行了升华，压差出现明显好转，而空预器及后面设备主要参数未有影响，从而验证此项技术在该厂可靠、安全、有效。而且空预器在线升温的方法治理硫酸氢氨造成空预器堵塞问题耗时短、成本低，要比之前常用的在线高压水冲洗方法更为高效，该方法值得在类似锅炉室预器中进行推广。