淺談燃煤電廠空預(yù)器堵塞原因及控制措施

曲飛雨,付曉晨

(1 滄州華潤(rùn)熱電有限公司，河北 滄州 061000；2 滄州建投工程管理有限責(zé)任公司，河北 滄州 061000)

空預(yù)器是提高鍋爐熱交換性能，減少熱量損耗的一種表面式換熱器。隨著我國(guó)煙氣節(jié)能減排工作的不斷深入實(shí)施，SCR煙氣脫硝在燃煤電廠中得到廣泛應(yīng)用[1-3]，自SCR煙氣脫硝投運(yùn)以來，空預(yù)器壓差出現(xiàn)增大趨勢(shì)，尤其是超低排放以來空預(yù)器壓差增大更為明顯，引起燃煤機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增大，造成引起風(fēng)機(jī)耗電增加、喘振失速等問題，甚至難以保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

1 SCR脫硝原理

SCR煙氣脫硝是指煙氣中NOX在催化劑作用被還原為對(duì)環(huán)境友好的N2和H2O[4-5]。目前我國(guó)典型SCR煙氣脫硝還原劑為NH3，下面以NH3做還原劑為例介紹SCR煙氣脫硝反應(yīng)原理，其主要反應(yīng)如下：

由于原煤中含有不同程度的硫分，燃煤鍋爐尾部煙氣中含有或多或少的SO2，而SCR脫硝催化劑中活性成分V2O5對(duì)SO2的氧化具有一定的催化作用，其反應(yīng)機(jī)理如下：

2 空預(yù)器堵塞原因

2.1 入爐煤含硫量高

目前，部分火電廠由于地理位置限制或降低運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本，機(jī)組運(yùn)行時(shí)入爐煤煤種遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)煤種，煙氣中生成的SO3與水蒸汽生成硫酸蒸汽，而硫酸蒸汽導(dǎo)致煙氣酸露點(diǎn)升高，故入爐煤含硫量高必然導(dǎo)致煙氣酸露點(diǎn)升高，當(dāng)酸露點(diǎn)高于排煙溫度時(shí)必然導(dǎo)致空預(yù)器冷端換熱元件結(jié)露，嚴(yán)重時(shí)造成空預(yù)器換熱元件腐蝕，在空預(yù)器出口形成硫酸氫氨，沉積在換熱元件表面，逐步阻塞空預(yù)器，增加煙風(fēng)系統(tǒng)阻力。

2.2 氨逃逸量大

目前，脫硝系統(tǒng)出口煙氣氮氧化物多為單點(diǎn)取樣，鍋爐燃燒具有多樣性脫硝反應(yīng)器內(nèi)部流場(chǎng)不均，且機(jī)組為適應(yīng)調(diào)度計(jì)劃負(fù)荷，均投入AGC進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)鍋爐燃燒及煙氣流暢分布帶來更大的不確定性，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值，造成噴氨量增加，氨逃逸量也隨之變大。另外，機(jī)組運(yùn)行中催化劑活性亦會(huì)逐步衰減或發(fā)生堵灰，同樣會(huì)增加氨逃逸量。在空預(yù)器冷端換熱元件區(qū)域，逃逸的NH3極易與煙氣中SO3反應(yīng)生成硫酸銨和硫酸氫氨，與此同時(shí)，冬季環(huán)境溫度較低，機(jī)組運(yùn)行中排煙溫度有所降低，更接近硫酸氫氨露點(diǎn)，極易發(fā)生硫酸氫氨凝結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。

2.3 吹灰蒸汽過熱度不夠

空預(yù)器阻塞現(xiàn)象在燃煤電廠普遍存在，為此空預(yù)器冷、熱段均采用蒸汽吹灰方式預(yù)防其堵塞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，吹灰蒸汽過熱度保持在111～130 ℃之間，吹灰效果良好[7]。然而，當(dāng)吹灰器疏水不暢通、提升閥調(diào)節(jié)不當(dāng)、槍管漏氣等任何部件故障時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致吹灰蒸汽參數(shù)不滿足設(shè)計(jì)要求，便無法保證吹灰效果，尤其當(dāng)蒸汽帶水時(shí)，不但會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱元件表面積灰，還會(huì)造成不同程度的腐蝕，最終導(dǎo)致空預(yù)器阻塞。

2.4 換熱元件金屬壁溫低

為提高熱效率降低排煙溫度，導(dǎo)致空預(yù)器換熱元件金屬表面溫度降低，致使換熱元件金屬表面冷凝液增加，加速飛灰在表面黏附結(jié)垢速率[8]，日積月累將換熱元件通道阻塞，最終空預(yù)器阻力增加。

3 空預(yù)器堵塞危害

空預(yù)器堵塞，直接引起空預(yù)器各分倉進(jìn)出口壓差升高，風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增加，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電流增大，將會(huì)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)電耗上升且極易引發(fā)引風(fēng)機(jī)失速；換熱元件表面結(jié)垢導(dǎo)致空預(yù)器換熱效率大幅降低，空預(yù)器熱一、二次風(fēng)溫降低，排煙溫度升高，鍋爐效率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降；由于空預(yù)器換熱元件表面垢漬腐蝕，使空預(yù)器換熱元件使用壽命縮短；空預(yù)器堵塞不均勻時(shí)，易引起風(fēng)煙系統(tǒng)阻力波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可引起一、二次風(fēng)壓及爐膛負(fù)壓大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行可靠性。

4 控制措施

4.1 運(yùn)行調(diào)整

加強(qiáng)媒質(zhì)控制，合理調(diào)整入爐煤摻配比，確保鍋爐低氮燃燒穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)格控制脫硝系統(tǒng)入口氮氧化物濃度在合理范圍之內(nèi)。機(jī)組運(yùn)行中加強(qiáng)空預(yù)器吹灰運(yùn)行調(diào)整，通?？疹A(yù)器吹灰蒸汽壓力為1.8～2.0 MPa，根據(jù)空預(yù)器運(yùn)行參數(shù)合理控制其吹灰壓力及頻次，必要時(shí)提高空預(yù)器吹灰壓力至2.5 MPa。

4.2 流場(chǎng)優(yōu)化

隨著燃煤電廠深度減排實(shí)施，因脫硝系統(tǒng)流場(chǎng)分布不均、煙氣氮氧化物測(cè)點(diǎn)布置不合理，引起的噴氨量增加，最終導(dǎo)致氨逃逸量升高空預(yù)器阻塞情況日益凸顯。通過對(duì)脫硝系統(tǒng)流場(chǎng)優(yōu)化，即分區(qū)動(dòng)態(tài)巡測(cè)控制調(diào)整改造，實(shí)現(xiàn)脫硝煙氣全斷面在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各分區(qū)出口煙氣氮氧化物濃度，預(yù)設(shè)合理的濃度偏差，當(dāng)分區(qū)濃度偏差增大時(shí)，根據(jù)偏差情況自動(dòng)調(diào)整該分區(qū)噴氨系統(tǒng)調(diào)節(jié)門，實(shí)時(shí)控制噴氨量，調(diào)節(jié)分區(qū)出口氮氧化物濃度，實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)全端面精準(zhǔn)噴氨，有效控制氨逃逸量，降低空預(yù)器阻塞率。

4.3 空預(yù)器單側(cè)升溫

硫酸氫銨氣化溫度約為150～230 ℃，空預(yù)器內(nèi)部構(gòu)件通常為碳鋼，其受熱變形溫度約為420 ℃，而陶瓷換熱元件爆磁溫度大于300 ℃，將排煙溫度升至200～230 ℃不會(huì)對(duì)空預(yù)器內(nèi)部構(gòu)件造成任何影響，故可利用其承受溫差大特點(diǎn)進(jìn)行空預(yù)器單側(cè)升溫，將硫酸氫氨氣化以此緩解空預(yù)器堵塞。

1.2.2 問卷調(diào)查 采用護(hù)士工作滿意度量表(中文版)［2］，包含15個(gè)項(xiàng)目的Likert量表，答案分為5個(gè)級(jí)別，即“非常不滿意、不滿意、一般、滿意和非常滿意”，分別按1～5分計(jì)分，得分越高表示滿意度越高。該量表的信度(Cronbach’α系數(shù))為0.88。每次應(yīng)急人力調(diào)配后1周，由護(hù)理部科研成員對(duì)相關(guān)科室護(hù)士講解測(cè)試目的后填寫問卷，并當(dāng)場(chǎng)收回。共發(fā)出問卷171份，回收問卷171份，回收率100%。

4.4 在線高壓水沖洗

高壓水射流具有射流集中、剪切力大的特點(diǎn)，對(duì)換熱元件金屬表面結(jié)垢具有良好的清潔效果，且高壓水射流速度較蒸汽流速偏小，其對(duì)換熱元件的損壞小于蒸汽損壞程度，因此可在空預(yù)器冷端安裝在線沖洗小車軌道或安裝在線高壓水系統(tǒng)，在空預(yù)器堵塞時(shí)機(jī)組運(yùn)行中進(jìn)行高壓水沖洗。

5 案例分析

5.1 空預(yù)器堵塞現(xiàn)象

某2×330 MW燃煤電廠#1爐1A、1B空預(yù)器堵塞，運(yùn)行中空預(yù)器煙氣側(cè)進(jìn)出口壓差明顯升高且波動(dòng)幅度變大，一次風(fēng)側(cè)進(jìn)出口壓差升高，引風(fēng)機(jī)電流增大，空預(yù)器換熱效果下降、排煙溫度上升，期間發(fā)生一次引風(fēng)機(jī)失速。

5.2 空預(yù)器堵塞處理

結(jié)合機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行研討分析，確認(rèn)原因?yàn)榱蛩釟浒苯Y(jié)露引起空預(yù)器堵塞，決定實(shí)施在線高壓水沖洗。

5.2.1 在線沖洗方案

(1)制作一個(gè)方形軌道、架設(shè)高壓水槍的四輪式?jīng)_洗車和一根拉動(dòng)沖洗車的拉桿，設(shè)備組合體大小需與空預(yù)器冷端人孔門配套。

(2)把軌道和沖洗車放到支架上，打開空預(yù)器本體冷端人孔門，用細(xì)竹竿測(cè)量沖洗水槍安裝高度，隨后安裝支架及沖洗軌道，軌道安裝后要把高壓水槍及拉桿放置在軌道中的沖洗車上，再把軌道尾部固定在空預(yù)器外部鋼梁上。

(3)軌道架設(shè)完畢后開始沖洗時(shí)要從空預(yù)器換熱元件外端逐步向內(nèi)進(jìn)行沖洗，沖洗時(shí)要根據(jù)空預(yù)器轉(zhuǎn)速和高壓水槍的穿透力來控制沖洗時(shí)間和沖洗車?yán)瓌?dòng)距離，每沖完約0.5 m，調(diào)整一次沖洗時(shí)間。

(4)沖洗水泵出口壓力設(shè)置為50 MPa，沖洗流量約為40 L/min，水源選用自來水，防止換熱元件腐蝕。

5.2.2 注意事項(xiàng)

(1)為確?？疹A(yù)器在線高壓水沖洗不對(duì)機(jī)組產(chǎn)生影響，適當(dāng)進(jìn)行短時(shí)間試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后開始進(jìn)入正式?jīng)_洗。

(2)沖洗前確認(rèn)排煙溫度≥130 ℃，鍋爐負(fù)荷大于20 MW，空預(yù)器運(yùn)行電流≤10 A，電除塵及脫硫系統(tǒng)參數(shù)運(yùn)行正常。

(3)在沖洗過程中，要全程觀察空預(yù)器運(yùn)行電流、阻力變化、排煙溫度、爐膛壓力、引風(fēng)機(jī)電流是否正常，脫硫系統(tǒng)及除塵器運(yùn)行是否正常。

(4)空預(yù)器電流>10 A、排煙溫度<120 ℃、一二次風(fēng)出口溫度<280 ℃、沖洗側(cè)電除塵入口煙溫<110 ℃、空預(yù)器壓差上漲、除塵器電場(chǎng)運(yùn)行異常甚至退出或?qū)е路蹓m排放指標(biāo)明顯異常上升，立即中止高壓水沖洗。

(5)當(dāng)沖洗空預(yù)器換熱元件最外側(cè)時(shí)，必須全程關(guān)注空預(yù)器電流變化趨勢(shì)，防止因空預(yù)器轉(zhuǎn)子與殼體膨脹不均勻而造成空預(yù)器電流大幅波動(dòng)，處理不當(dāng)導(dǎo)致機(jī)組非停。

(6)若在冬季，沖洗結(jié)束后要將泵及管道內(nèi)水排放干凈。

(7)一般情況下應(yīng)進(jìn)行多次沖洗，即使在觀察到空預(yù)器阻力不再持續(xù)下降時(shí)，仍需再?zèng)_洗一到兩次。

5.2.3 效果確認(rèn)

通過高壓水在線沖洗，機(jī)組負(fù)荷300 MW時(shí)各參數(shù)如表2所示，可見空預(yù)器煙氣側(cè)、風(fēng)側(cè)壓差均下降至可控范圍之內(nèi)，引風(fēng)機(jī)電流下降明顯，節(jié)能效果顯著，基本消除了引風(fēng)機(jī)喘振、送風(fēng)機(jī)搶風(fēng)等隱患及機(jī)組限負(fù)荷情況，保證了機(jī)組運(yùn)行可靠性。

表1 空預(yù)器沖洗前后參數(shù)對(duì)比

6 結(jié) 論

機(jī)組運(yùn)行中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能造成空預(yù)器堵塞，壓差升高甚至引起風(fēng)機(jī)失速，嚴(yán)重可導(dǎo)致機(jī)組非停，因此日常需采取多種控制措施來避免空預(yù)器堵堵塞問題的發(fā)生，有效降低空預(yù)器堵塞發(fā)生的幾率，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。