600MW机组锅炉空气预热器堵塞原因分析及治理

贺峰

摘 要：详细地分析了空气预热器堵塞理论和实际两个方面的原因，从而从控制氨逃逸率、控制空预器壁温、对沉积的NH4HSO4进行及时清理、对空预器进行在线清洗四个方面提出了预防600MW机组锅炉空气预热器堵塞的措施，从而保证空气预热器的安全正常运行。

关键词：空气预热器；堵塞；原因；治理

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.18.101

在烟气脱硝的同时，催化剂也可使部分烟气中SO2氧化产生SO3，SO3与SCR过程中未反应的氨（逸出氨）反应生成硫酸氢铵，硫酸氢铵具有的腐蚀性特征会对催化床层和空预器造成危害。空气预热器堵塞会直接造成锅炉废气温升，增加排气热损失，增加阻力，影响风机输出，从而影响整个锅炉输出，堵塞灰尘甚至造成严重的风扇振动，脱硫系统由于烟气温度太高，不能投入运行，这将会对锅炉的安全经济运行造成严重的影响。

1 600MW机组锅炉空气预热器

600MW机组锅炉空气预热器储热部件波纹板是根据烟气流动方向分为热端层、中间层和冷端层，储热部件自上而下分别为0.5mmHE4型碳钢、0.5mmHE4型碳钢和1.2mmHE2型搪瓷钢板，冷段HE2型搪瓷钢板储热部件为耐腐蚀的传热部件，剩余热段储热部件为碳钢。

2 空气预热器堵塞原因分析

对于具有SCR脱硝装置的单元，SCR系统脱硝反应锅炉在燃烧中产生SO3和水，当脱硝逸出的NH3与SO3、水在低温情况下将会生成硫酸氢氨NH4HSO4（公式如下），而在150 ～ 220℃温度范围，NH4HSO4是一种高粘性液态材料，易粘附装置内的灰尘，从而堵塞热交换器元件的通道；易冷凝在空气预热器金属表面，从而腐蚀金属表面，导致空气预排气横截面积降低，电阻增加，最终使其传热效率降低。

2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4（NH3∶SO3 < 2∶1时）

NH3+SO3+H2O→（NH4）HSO4 （NH3∶SO3 > 2∶1时）

另外，当NOx还原成N2时，SCR催化剂也产生以下反应：

SO2 + O2 → SO3

反应产物中的NH 4HSO4在通常位于常规设计预热器的中间温度部分的下部和冷端的上部的150～230℃的温度（高灰尘布置SCR）下开始冷凝，以在传热元件的表面上形成附加的吸附层。通常2～3月，大量的灰分被吸附，导致传热元件的内部流动路径被堵塞，特别是在常规预热器的热段与中间层之间的区域之间。 预热器积灰对风机的工作造成严重的影响，因为只要在分层，大量的沉淀物在夹层中，导致吹气不能被除去。SO3的增加会增加尾气的露点，加剧预热器的低温腐蚀。

高换热效率波形（FNC，DU等）具有传统的流道设计，因为烟气流通转弯多，不构成封闭流道，吹灰气流量穿透深度不足（通常只有200～300mm），不能从800～1100mm 的冷端有效去除沉降物NH4HSO4。 由于NH4HSO4（液体或液固两相混合物在预热器中）的强粘附性，使用松散的传热组分不能有效地改善灰分。

催化剂堵塞有主要的两个原因造成，飞灰的沉积与氨盐的沉积。通过良好的SCR系统设计，同时根据经验和条件对合适的催化剂进行分析，选择防止发生堵塞的最佳方式。 飞灰中的大颗粒灰分，粒径大，会堵塞催化剂表面孔隙，减少反应面积。 在进入SCR反应器之前需要收集。 为了防止这个问题，有必要合理设计SCR入口烟道结构，提高烟气流量，并对节能器出口灰斗进行改造。 而当灰分含量较大时，不能及时清洗灰尘的小颗粒会引起沉积问题，同样可能会堵塞毛细结构的催化剂表面。

3 空气预热器堵塞治理

从上述分析可以看出，导致腐蚀堵塞的主要原因是燃料中含有硫并转化为硫酸和亚硫酸的腐蚀源。空气预热器的温度低于烟气的温度露点是腐蚀和堵塞的条件，而酸露点温度也随着随烟气中三氧化硫（或者说硫酸蒸汽）的含量的增加而升高，烟气中氧氣过多会增加SO3的产量。因此，可从以下四个方面解决空预器堵塞问题。

3.1 控制氨逃逸率

由于硫酸氢铵的强吸附，会造成大量灰尘沉淀在空气预热器中，导致空气预热器堵塞和阻力上升，严重时会迫使关闭反应器去清洁空气预热器。同时，硫酸氢铵或硫酸铵本身对金属具有很强的腐蚀性，会引起催化剂金属支架的腐蚀损坏和空气预热器的冷段腐蚀损坏。 另外，过量的氨水提高运行成本，并导致飞灰化学性质的变化，飞灰质量恶化，使用价值较低；氨泄漏到空气中会对环境造成空气污染，因此，关于氨泄漏问题要严格把握，避免氨泄露流量超过3μL/ L。反应堆中NH3 / NOx的摩尔比、流量以及温度与反应器入口管道结构紧密相连，因此合适的入口管道设计可以避免这些偏差，并完全去除NH3泄漏和NOx，提高脱氮效率。

烟道气中SO3的含量主要来源于煤燃烧产生的硫化物，而硫酸氢铵的形成主要受SO3含量的影响，因此，SCR 中氨逃逸量控制量对于不同煤种也不同。根据汗流量，煤种主要分为低硫煤、中硫煤和高硫煤，分别含S量为1 %、1.5 %和3 %，氨逸出分别小于 6 μL/ L 、4 μL/ L 和2μL/ L 。

在控制氨逸出量的情况下，可以使用CFD软件优化SCR脱硝化装置，通过分析模拟装置烟气流量和速度分布，以找出最合适的导流叶片的类型、以及所需数量和安装位置，从而使SCR脱硝化装置具有均匀的入口烟气流速、温度和浓度；同时调整喷嘴的氨格栅（AIG），使NH3最大程度的均匀混合，实现氨逸出量最少的目的。

3.2 控制空预器壁温

另外，提高低温加热面的壁温也是改善锅炉运行常用有效的方法。提高加热面壁温主要通过提高平均排气温度和平均冷气温度来实现。当加热面壁温度提高至大于露点温度，金属表面不会出现硫酸蒸汽的冷凝物，从而避免了金属表面被腐蚀。然而，增加废气温度会增加锅炉的热损失并降低锅炉的经济性。因此，保持空气预热器的冷气温度以提高冷侧的壁温度是重要的。珞磺电厂三期两台锅炉通过安装暖风器来根据实际情况调节空气预热器入口冷空气温度，使其温度控制在20～50℃的范围内。所以为了保持合适的开度，运行在加热器出现泄漏现象的情况下，应及时联系维修及时解决。 确保加热器可长期可靠运行。 锅炉启停或高压加热器因任何原因中断，导致低温烟雾应放入加热器操作。确保冷预热器的空气温度在规定的范围内。

3.3 对沉积的NH4HSO4进行及时清理

硫酸氢铵在中温范围至空气预热器低温冷段的温度范围内具有很强的粘度。 空气预热器易被吸附的灰尘堵塞，使其不能正常。工作 因此，有必要重建空气预热器，改变吹风运行方式。

因为空气预热器中产生硫酸氢铵温度范围与绝大部分中温段和部分低温相匹配，容易使粘着大量灰尘的硫酸氢铵堵塞两个旁路连接间隙，因此，可以合并传统的低温冷段和中温段。由于搪瓷传热部件不仅价格便宜，而且其传热性能和耐腐蚀性上优于合金钢，所以可以用搪瓷传热部件来代替更换冷段部件，原有高温部分不变。 另外，移除空气预热器转子内部的格栅，将水平分隔板将延伸到冷段，置于冷段后传热部件。 提高传热元件的表面光洁度也可以改善硫酸氢铵的结垢程度。用含蒸汽和高压气的双重介质的吹灰器来取代原来的单种介质的吹灰器。其中蒸汽介质用于日常吹灰、高压水介质用于堵塞加剧后的停炉清洗。

3.4 对空预器进行在线清洗

在机组检修时，对空气预热器进行在线高压水清洗。在线高压水冲洗压力一般控制在20～30MPa，冲洗周期控制在20天以上。这种方法虽然有一定的效果，但成本比较高，一般要几十万，且不能完全清洗掉堵塞的灰尘。即使增加空气预热器蒸汽的压力和频率，空气预热器的堵塞问题也只能得到缓解而已。

4 结束语

本文对600MW机组锅炉空气预热器堵塞原因进行了探讨，并从控制氨逃逸率、控制空预器壁温、对沉积的NH4HSO4进行及时清理、对空预器进行在线清洗方面详细介绍了防止其堵塞的技术措施。现经试验，在很大程度上改善了空气预热器的工作环境和工作状况，堵灰现象明显降低。

参考文献

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