曲飛雨,付曉晨

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

空預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。隨著我國煙氣節(jié)能減排工作的不斷深入實施，SCR煙氣脫硝在燃煤電廠中得到廣泛應用[1-3]，自SCR煙氣脫硝投運以來，空預器壓差出現(xiàn)增大趨勢，尤其是超低排放以來空預器壓差增大更為明顯，引起燃煤機組風煙系統(tǒng)阻力增大，造成引起風機耗電增加、喘振失速等問題，甚至難以保證機組安全可靠運行。

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環(huán)境友好的N2和H2O[4-5]。目前我國典型SCR煙氣脫硝還原劑為NH3，下面以NH3做還原劑為例介紹SCR煙氣脫硝反應原理，其主要反應如下：

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SO2的氧化具有一定的催化作用，其反應機理如下：

2 空預器堵塞原因

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行經(jīng)濟成本，機組運行時入爐煤煤種遠遠偏離設計煤種，煙氣中生成的SO3與水蒸汽生成硫酸蒸汽，而硫酸蒸汽導致煙氣酸露點升高，故入爐煤含硫量高必然導致煙氣酸露點升高，當酸露點高于排煙溫度時必然導致空預器冷端換熱元件結(jié)露，嚴重時造成空預器換熱元件腐蝕，在空預器出口形成硫酸氫氨，沉積在換熱元件表面，逐步阻塞空預器，增加煙風系統(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取樣，鍋爐燃燒具有多樣性脫硝反應器內(nèi)部流場不均，且機組為適應調(diào)度計劃負荷，均投入AGC進行自動調(diào)節(jié)，對鍋爐燃燒及煙氣流暢分布帶來更大的不確定性，導致脫硝系統(tǒng)運行參數(shù)偏離設計值，造成噴氨量增加，氨逃逸量也隨之變大。另外，機組運行中催化劑活性亦會逐步衰減或發(fā)生堵灰，同樣會增加氨逃逸量。在空預器冷端換熱元件區(qū)域，逃逸的NH3極易與煙氣中SO3反應生成硫酸銨和硫酸氫氨，與此同時，冬季環(huán)境溫度較低，機組運行中排煙溫度有所降低，更接近硫酸氫氨露點，極易發(fā)生硫酸氫氨凝結(jié)現(xiàn)象，導致空預器堵塞。

2.3 吹灰蒸汽過熱度不夠

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

2.4 換熱元件金屬壁溫低

為提高熱效率降低排煙溫度，導致空預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，最終空預器阻力增加。

3 空預器堵塞危害

空預器堵塞，直接引起空預器各分倉進出口壓差升高，風煙系統(tǒng)阻力增加，導致風機電流增大，將會導致引風機電耗上升且極易引發(fā)引風機失速；換熱元件表面結(jié)垢導致空預器換熱效率大幅降低，空預器熱一、二次風溫降低，排煙溫度升高，鍋爐效率呈現(xiàn)下降趨勢，機組運行經(jīng)濟性下降；由于空預器換熱元件表面垢漬腐蝕，使空預器換熱元件使用壽命縮短；空預器堵塞不均勻時，易引起風煙系統(tǒng)阻力波動，嚴重時可引起一、二次風壓及爐膛負壓大幅度波動，嚴重影響機組運行可靠性。

4 控制措施

4.1 運行調(diào)整

加強媒質(zhì)控制，合理調(diào)整入爐煤摻配比，確保鍋爐低氮燃燒穩(wěn)定運行，嚴格控制脫硝系統(tǒng)入口氮氧化物濃度在合理范圍之內(nèi)。機組運行中加強空預器吹灰運行調(diào)整，通常空預器吹灰蒸汽壓力為1.8～2.0 MPa，根據(jù)空預器運行參數(shù)合理控制其吹灰壓力及頻次，必要時提高空預器吹灰壓力至2.5 MPa。

4.2 流場優(yōu)化

隨著燃煤電廠深度減排實施，因脫硝系統(tǒng)流場分布不均、煙氣氮氧化物測點布置不合理，引起的噴氨量增加，最終導致氨逃逸量升高空預器阻塞情況日益凸顯。通過對脫硝系統(tǒng)流場優(yōu)化，即分區(qū)動態(tài)巡測控制調(diào)整改造，實現(xiàn)脫硝煙氣全斷面在線監(jiān)測，實時監(jiān)測各分區(qū)出口煙氣氮氧化物濃度，預設合理的濃度偏差，當分區(qū)濃度偏差增大時，根據(jù)偏差情況自動調(diào)整該分區(qū)噴氨系統(tǒng)調(diào)節(jié)門，實時控制噴氨量，調(diào)節(jié)分區(qū)出口氮氧化物濃度，實現(xiàn)脫硝系統(tǒng)全端面精準噴氨，有效控制氨逃逸量，降低空預器阻塞率。

4.3 空預器單側(cè)升溫

硫酸氫銨氣化溫度約為150～230 ℃，空預器內(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 ℃不會對空預器內(nèi)部構(gòu)件造成任何影響，故可利用其承受溫差大特點進行空預器單側(cè)升溫，將硫酸氫氨氣化以此緩解空預器堵塞。

1.2.2 問卷調(diào)查 采用護士工作滿意度量表(中文版)［2］，包含15個項目的Likert量表，答案分為5個級別，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。每次應急人力調(diào)配后1周，由護理部科研成員對相關科室護士講解測試目的后填寫問卷，并當場收回。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，對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，其對換熱元件的損壞小于蒸汽損壞程度，因此可在空預器冷端安裝在線沖洗小車軌道或安裝在線高壓水系統(tǒng)，在空預器堵塞時機組運行中進行高壓水沖洗。

5 案例分析

5.1 空預器堵塞現(xiàn)象

某2×330 MW燃煤電廠#1爐1A、1B空預器堵塞，運行中空預器煙氣側(cè)進出口壓差明顯升高且波動幅度變大，一次風側(cè)進出口壓差升高，引風機電流增大，空預器換熱效果下降、排煙溫度上升，期間發(fā)生一次引風機失速。

5.2 空預器堵塞處理

結(jié)合機組運行參數(shù)進行研討分析，確認原因為硫酸氫氨結(jié)露引起空預器堵塞，決定實施在線高壓水沖洗。

5.2.1 在線沖洗方案

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

(2)把軌道和沖洗車放到支架上，打開空預器本體冷端人孔門，用細竹竿測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器外部鋼梁上。

(3)軌道架設完畢后開始沖洗時要從空預器換熱元件外端逐步向內(nèi)進行沖洗，沖洗時要根據(jù)空預器轉(zhuǎn)速和高壓水槍的穿透力來控制沖洗時間和沖洗車拉動距離，每沖完約0.5 m，調(diào)整一次沖洗時間。

(4)沖洗水泵出口壓力設置為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

(1)為確?？疹A器在線高壓水沖洗不對機組產(chǎn)生影響，適當進行短時間試驗，試驗完成后開始進入正式?jīng)_洗。

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

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

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

(5)當沖洗空預器換熱元件最外側(cè)時，必須全程關注空預器電流變化趨勢，防止因空預器轉(zhuǎn)子與殼體膨脹不均勻而造成空預器電流大幅波動，處理不當導致機組非停。

(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)一般情況下應進行多次沖洗，即使在觀察到空預器阻力不再持續(xù)下降時，仍需再沖洗一到兩次。

5.2.3 效果確認

通過高壓水在線沖洗，機組負荷300 MW時各參數(shù)如表2所示，可見空預器煙氣側(cè)、風側(cè)壓差均下降至可控范圍之內(nèi)，引風機電流下降明顯，節(jié)能效果顯著，基本消除了引風機喘振、送風機搶風等隱患及機組限負荷情況，保證了機組運行可靠性。

表1 空預器沖洗前后參數(shù)對比

6 結(jié) 論

機組運行中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能造成空預器堵塞，壓差升高甚至引起風機失速，嚴重可導致機組非停，因此日常需采取多種控制措施來避免空預器堵堵塞問題的發(fā)生，有效降低空預器堵塞發(fā)生的幾率，確保機組安全穩(wěn)定運行。