火电机组空预器防堵治理技术优化研究

石全成，吴承刚，田永强

（1.国家电投集团新疆能源化工有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830063；2.中电投新疆能源化工集团五彩湾发电有限公司，新疆 乌鲁木齐 831799）

某火电厂机组完成了超低排放改造，这也导致了600MW 机组回旋式空预器堵塞成为日常运行中的普遍现象。而其发生堵塞的原因是在外界温度较低的环境下，脱销系统中逃逸出去的氨会和烟雾中的三氧化硫发生反应生成硫酸氢铵，而液态硫酸氢铵具备极强的吸附烟尘能力，其会与烟雾中的灰尘粒子结合，在温度不断降低的过程中，最终会凝结成固态附着在空预器冷端，随着附着量的堆积，就会造成空预器的堵塞。在对空预器堵塞原因进行分析后，该火电厂技术人员立即提出了相应的解决方案，使得空预器堵塞情况显著好转，进而确保火电机组的安全运行。

1 600MW 空预器堵塞原因分析

1.1 脱销系统氨逃逸率增加

依据我国现行标准，火电机组最低排放标准对于烟气的要求为NOx≤50mg/m³。但从实际情况来看，由于火电机组AGC 在运行状态下负荷一直处于变化状态，且具有变动幅度较大、变化速度较快的特征，外加锅炉送风以及二次风门挡板都采用的手动控制模式，锅炉燃烧工况变大，常常会出现操作人员无法及时对锅炉送风量进行调整的问题，从而导致了SCR 入口处的烟气含量变化较大，甚至会出现1000mg/m³的短时超高流量，相对应SCR 的喷氨量也会在短时间内剧增，造成氨逃逸的概率增加。此外，在进行超低排放标准调试过程中喷枪雾化效果不良、锅炉温度分布不均，也会导致SNCR 的反应效率降低，这会影响从SNCR 逃逸出来氨的反应，从而致使SCR 氨逃逸的概率增加。

1.2 空预器冷端温度较低

锅炉运行过程中热能最大的损失便是排烟损失，而为了提升锅炉的运行效率，降低排烟温度，通常火电厂都会在冬季将600MW 火电机组空预器冷端温度设定在140℃（±5℃）区间范围内，而送风机热风再循环系统只有在外界环境温度低于10℃时才会开启，这就会导致空预器冷端的温度较低，对空预器造成低温腐蚀。

1.3 入炉煤硫分和灰分含量高

燃煤电厂是以固态煤作为原料来进行发电的，一般来讲，燃煤会占到电厂成本支出的70%以上，而为了降低燃煤的使用成本，电厂会采购一定量的高硫分、高灰分的劣质煤，这就导致了入炉煤硫分高达2%以上，入炉灰分高达50%以上，这也是造成排放烟气中三氧化硫和灰分较高的主要原因。

通过上述对空预器堵塞三种不同原因的分析，可以得出，脱销系统中逃逸出来的氨和烟气中含有的三氧化硫以及水蒸气等进行反应后会生成硫酸氢铵，反应的化学公式为：NH3+SO3+H2O →NH4HSO4，液态化的硫酸氢铵具有极强的吸附性，可以和烟气中的灰尘粒子进行快速结合，在外界温度降低后附着在空预器上，进而造成空预器的堵塞。

2 空预器堵塞治理优化技术

2.1 暖风器技术

（1）工作原理。锅炉暖风器是一种采用汽轮机低压抽汽来加热空气的热交换器，通常锅炉暖风器都会安装在送风机出口和空预器入口之间，加装暖风器能够有效地提高进入空预器的空气的温度，使得空预器内壁温度升高，进而提升了空预器冷端的综合温度，避免出现低温腐蚀和硫酸氢铵凝结的问题。在火电机组启动过程中，暖风器通常都会作为辅助蒸汽热源使用对一次风、二次风进行预热，并在机组正常运行状态下切换至机组的四级抽汽。由四级抽汽输送过来的蒸汽通过调节阀后进入至暖风器，凝结的水分则会通过疏水器排放至疏水箱，在利用疏水泵泵入高压凝气器或者低压加热器中。

（2）暖风器技术优缺点。优点：可以有效地提升空预器冷端的综合温度，改善空预器堵塞的情况；提升热一次风和热二次风的温度，提升锅炉运行的热效率。缺点：由于暖风器需要安装在二次风道中，为了确保具有较高的换热效率，各个设备布置得较为紧密，这无疑会增加风道的阻力。对于600MW 火电机组来讲，暖风器阻力增加约200 ～300Pa，增加用电量约0.02%。此外，暖风器在运行过程中还存在泄漏、堵灰的风险，对火电机组的安全运行带来较大的隐患。

2.2 烟冷器-暖风器技术

（1）工作原理。烟冷器通常都会加装在锅炉尾部烟道的受热面上，凝结的水珠在烟冷气内吸收排烟的热量转化为水蒸气返回凝结水系统中，同时，会降低排烟温度，进而达到节能降耗的目的。烟冷器-暖风器的工作原理与暖风器相同，不同之处在于该技术路线中，暖风器热源采用的是烟冷器所回收的热量，因此不会增加燃煤的消耗量。

（2）烟冷器-暖风器技术优缺点。优点：采用该技术可以提升预冷器冷端的综合温度，缓解空预器的堵塞状况，并同时提升热一次风和热二次风的温度，提升锅炉运行的热效率。此外，由于该技术采用的热源来自烟冷器，因此还能够在一定程度上降低煤耗。缺点：在该技术路线中，烟冷器安装在二次风道，暖风器安装在尾部烟道，为了确保具有较好的换热效率，风道结构布置较为紧凑，对于600MW 火电机组来讲，烟冷器增加阻力约为400 ～500Pa，增加用电量约为0.04%；暖风器阻力增加约200 ～300Pa，增加用电量约0.02%。此外，由于烟冷器安装在了尾部烟道中，这会导致烟气温度过低，使得空预器低温腐蚀情况加重，提高了泄漏和堵塞的风险。

2.3 空预器风量分切技术

（1）工作原理。空预器风量分切是一种利用空预器自身运行过程中所产生的热风对冷端蓄热板进行加热来防治空预器堵灰的一种技术。具体来讲，热风加热的对象为处于最冷状态下的空预器冷端蓄热板。该技术实施的流程为：首先，在空预器上分隔出一个分切风分仓，并在分仓上安装分切风道，通过分切风机带动风道内的空气循环，此时，分切风会在空预器热端吸收热量，形成温度在300℃左右的热风，当热风进入空预器冷端后，会放出热量来对其进行加热，如此循环往复，将空预器热端所产生的热量转移至冷端，便可以解决冷端温度过低的问题。

（2）风量分切技术优缺点。优点：采用该技术路线可以有针对性地对空预器冷端即将结露的部位进行加热，有效解决空预器在低温下结露、堵塞的问题。且采用该技术无须借助外部热源，只需将空预器所产生的热量进行转移即可，对于排烟温度产生的影响较小。此外，在经过对空预器内部结构改造后，分切风仓和烟气侧之间的压差会比一次风侧和烟气侧的压差低，这就使得排出烟气泄漏至空气中的量大大减小，降低了空预器的漏风率，有助于达到既定的排放标准。缺点：该技术需要安装2 台400kW 分切风机，且该风机电机的额定电流较大，会增加火电厂的用电量。

2.4 热风再循环技术

（1）工作原理。热风再寻循环技术指在空预器二次出风口处增加一段风道，风道另一端连接至空预器冷风入口处，然后将预热器产生的热风分出一部分和入口的冷风混合，来提高入口的温度。热风再循环技术的工作原理如图1 所示。

图1 热风再循环系统示意图

（2）热风再循环技术优缺点。优点：采用该技术路线改造成本较低，仅仅安装一段风管便能够解决空预器冷端温度过低问题，且即便是停用该系统，也不会对空预器的正常运行产生影响。缺点：热风再循环会使得风机入口风量加大，导致预热器二次风侧阻力增大，会对风机功耗造成一定的影响。此外，该技术虽然改造较为简单，但对于风机入口处温度的提升幅度也较小，很难满足寒冷冬季空预器冷端温度的需求。

2.5 空预器热风清洗技术

（1）工作原理。空预器热风清洗技术主要指对一次风和二次风进行清洗，首先，在热一次风管路上分出一部分热风；其次，在冷端二次风侧设置一个单独清洗仓，采用循环风道将一次侧的热风引入清洗仓中，以热风和冷风之间的压力差为循环动力，迫使热风混入二次风内，最后进入炉膛。空预器热风清洗技术是利用蒸汽发生器产生的高温高压蒸汽，通过高压泵送入空预器内的热交换器中，使蒸汽温度升至400℃以上，并将冷凝水排放到清洗槽内，进行冲洗、烘干。经过一段时间的运行后，由于烟气中含有一定质量水分，容易造成空预器结垢堵塞甚至损坏空预器，直接影响锅炉安全稳定运行。

目前，对于空预器结垢堵塞问题的解决方法主要有两种：①降低烟气中的含湿量或采用湿式静电除尘技术；②采用蒸汽吹灰或吹洗装置。

这两种方法都存在一定缺陷：①清洗效率低、能耗高；②难以彻底清除沉积在空预器内壁上的水垢和铁锈；③需要额外增加设备成本。针对上述问题以及国家对环保工作的要求，提出了新型空预器热风清洗技术。该清洗技术利用空气加热、吹灰和蒸汽除油来清洗空预器机内结垢和积渣，将原来需要采用水煤气洗或高压水冲洗等方法才能完成的除垢工作转变为自动完成的工作。该清洗技术主要适用于空预热器结垢严重且采用喷吹空气除垢难以清除时使用，具有效率高、清洗彻底、环保安全等特点。该清洗装置由空预器本体、风管系统、吹灰系统和除油系统四部分组成。其中空预器本体包括外壳体及外壳体下段；风管系统包括风管、空气管组和吹灰管组；吹灰系统包括空气吹灰阀、压缩空气供气阀及控制阀门等设备；除油系统包括过滤器和除油盘等设备。利用高温热风将清洗剂送入空预器物体内，对空预器内壁水垢进行全面高效冲刷及清洁去除；同时利用热风将吹灰装置产生的干燥高压蒸汽送至清洗槽内，以清除在空预热器内部沉积的灰垢，实现除铁除硫等效果。

（2）空预器热风清洗技术优缺点。优点：采用该技术路线的改造成本较低，且操作方法简单，对空预器冷端蓄热元件温度的提升作用较为明显。缺点：由于清洗热风来自热一次风管路，如果其本身风量就较小，则对于冷端温度提升效果不够，而如果热一次风量较大，则会导致热一次风管路风量不足，会对燃煤机组的正常运行产生较大的安全隐患。由此可以看出，对热风抽取量的控制问题会成为影响该技术应用成效的关键，但出于机组运行安全性考虑，在实际生产中不建议采用该种方式。

3 结语

综上所述，空预器堵塞是燃煤电厂十分普遍且严重的一个问题，空预器长时间的堵塞不仅会导致发电机组功耗增加，同时也会影响机组运行安全，如果不能及时采取对应措施缓解空预器的堵塞，将会给燃煤电厂带来较大的财产损失。因此，只有针对空预器堵塞发生的原因进行深入的分析，并在此基础上，结合机组运行状况制定出科学、合理的空预器堵塞的防治策略，做到对空预器运行状态的实时监测，才能够确保其安全、稳定运行。