ABSHS 空预器加热防堵系统改造研究

王赫妍，李 忱

（1.国网辽宁省电力有限公司计量中心，辽宁 沈阳 110168；2.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110400）

1 NH4HSO4特性

1.1 ABS物理特性

硫酸氢铵又称酸式硫酸铵（ammonium acid sulfate），为无色斜方结晶体，密度为1.78 g/cm³，熔点为147℃，易溶于热水，微溶于醇，不溶于丙酮，有潮解性，可由硫酸铵在空气中加热制得，亦可用硫酸铵溶于热浓硫酸，由溶液冷却结晶制得，用作有机反应催化剂、卷发药剂、分析试剂等。

表1 ABS的物理性质

1.2 ABS形成热力特性

NH4HSO4是选择性催化还原法脱硝的副反应产物，与煤种硫分和未反应完全的NH3有直接关系。而烟气中的SO3进一步同烟气中逃逸的NH3反应，生成NH4HSO4和（NH4）2SO4，其反应方程式如下：

NH4HSO4的熔点温度为147℃，沸点温度为350℃，汽化开始温度为174℃，在323℃汽化速率达到最大值。空预器烟气侧热端温度为300℃～320℃，冷端温度为120℃～150℃。NH4HSO4在空预器中温段时，正是液态向固态转变阶段，具有极强的吸附性，造成大量灰分在空预器沉降，引起空预器堵塞并使阻力快速上升。另外，在高粉尘环境中发生结垢的金属壁温比NH4HSO4的露点温度低4.4℃，实际运行中经过空预器的NH4HSO4大部分沉积在灰粒上，随烟气带走。

1.3 ABS形成动力特性

从动力学角度来讲，ABS形成速率要比AB形成速率高很多。锅炉空预器冷端到热端温度变化范围一般在120℃～300℃，NH4HSO4的物理性质决定了空预器中低温区域沉积情况，未沉积的NH4HSO4吸附在烟尘上，在电除尘中进行除去。

公式（1）和（2）定性地说明了ABS的形成与温度和反应物体积分数是正相关的关系。通过Radian可以大体估计下允许的氨逃逸量。

1.4 ABS对空预器的影响

140℃～230℃之间的温区位于空预器常规设计的冷段层上方和中间层下方，由于NH4HSO4在此温区为液态向固态转变阶段，具有极强的吸附性，会造成大量灰分在空预器沉降，烟气中还存在其他酸性颗粒，这些颗粒也会被液态ABS捕捉，在空预器传热元件上形成融盐状积灰，造成空预器被腐蚀、堵灰等情况，严重时将迫使机组停炉以清理空预器，影响机组正常运行。

图1为某电厂在特定环境下氨逃逸与空预器压差变化情况。

图1 氨逃逸对空预器烟气阻力的影响

1.5 空预器ABS沉积解决思路

NH4HSO4在不同温度下呈现不同的物理状态：在147℃以下，呈现坚固的固态；在147℃～250℃范围内，呈现液体黏稠状态。在这两种状态下，NH4HSO4很难以常规的蒸汽吹灰和激波吹灰方式去除，在174℃以上受热挥发，在323℃以上时开始大量挥发，变成气相状态。由于空预器烟气侧冷端温度在120℃～150℃，这使得NH4HSO4极易吸附并粘结沉积在空预器换热元件的中部和下部。由于这种相变是可逆的，通过空预器冷端热风加热技术将部分冷一次或二次风加热到300℃，加热后的热风通过空预器冷段和中温段，将NH4HSO4完全汽化并随风带走，从而解决了因NH4HSO4造成的空预器堵塞问题。

通过解体空预器蓄热元件发现，堵塞情况主要集中在冷段蓄热元件约350 mm以下的部位，且堵塞物较硬。空预器蓄热片为普通碳钢，变形温度为420℃。因此，升温对蓄热片无影响。

2 ABSHS汽化加热技术

在空预器冷端风道加装热风速热通道，该通道加热面积为1个格仓。通道内安装导流栅格、高效加热油枪、点火装置，通道外安装助燃风管道、图像火检、火焰检测、快速关断电磁阀等设备，布置就地控制柜及远程控制信号线。

加热热源可以选择油或天然气。以油系统为例，燃烧用油来自于炉前油系统，通过减压阀回油降压法，将母管油压降至1.0 MPa～1.2 MPa，经过过滤后，送至高效燃烧油枪。

通过在空预器冷端一、二次风部分风道增加燃烧加热装置，冷风加热温度300℃～350℃（宽幅可调），使空预器冷段和中温段的NH4HSO4完全汽化。不减少一、二次风通流面积，阻力可忽略不计，该燃烧加热装置体积紧凑，占用面积极小，设备投入时间为30 min/d。

图2 风道加热结构

3 ABSHS汽化加热技术经济效益分析

3.1 节能费用

节能费用主要包含风机节能费用、节约清洗费用、吹灰节能费用。

3.2 风机节能费用

在风量一定的情况下，烟气阻力的降低可以使风机功率下降，从而达到节省电能的效果。对比没有进行改造的SCR机组，空预器烟气阻力差值为0.8 kPa～1.5 kPa，空预器引、送风机电流各下降20 A（保守统计）。上网电价为0.38元/（kW·h），机组年运行约5 000 h，则机组年节约费用：

年节约费用=风机节能功率×运行时间×上网电价= 3×6.3 kV×20 A×2×5 000 h×0.38元/（kW·h）=829 281元。

3.3 节约清洗费用

对于SCR机组空预器堵灰严重的，每3个月要进行人工高压水清洗，费用为8万元～10万元。小修期间甚至需要空预器解体清洗，费用更是高达数十万。对于在线清洗费用及频率，按各厂实际运行情况进行估计。

3.4 吹灰节能费用

ABSHS汽化加热技术将大量减少吹灰蒸汽损耗及电能损耗，具体数值要参考各厂运行情况。

3.5 运行成本

按燃油方式计算，对于不同机组容量，该套系统的年运行费用为15万元～25万元，比其他方式要节约近二分之一的成本。

4 NH4HSO4加热汽化实验结论

通过试验模拟了空预器含NH4HSO4黏灰情况，采用加热汽化方法让NH4HSO4汽化，从而解决了因NH4HSO4沉积造成的积灰问题，如图3所示。

图3 试验平台及NH4HSO4对空预器压差影响曲线

4.1 记录数据

模拟试验数据如表2所示。

表2 试验数据

4.2 试验图片对比

图4 样板对比

图4 为加热前、后的样板对比，左侧是未加热前带有NH4HSO4的样板，右侧为加热至300℃后样板。

5 结论

锅炉空预器积灰性质特殊，粘性较大，难以清除，经常造成烟气通道堵塞而被迫停炉，影响生产。如何有效地清除锅炉积灰，保证系统的正常运行，一直是发电行业难以解决的问题。传统的清灰方式效果不佳，而改造的ABSHS空预器加热防堵系统通过实践证明了其优异的清灰效果。

通过充分利用燃料热值，空预器冷端送风侧部分仓格温度提升至300℃，经过固定时间运行，可将空预器中温端及冷端沉积的NH4HSO4完全汽化并随风带走，从而保证机组空预器检修清洗后运行1年内，烟气压差增加值不大于500 Pa，提高了电厂的经济效益。