煤粉炉低温空预器堵塞原因分析与对策

聂广华

（中国石化巴陵分公司，湖南岳阳 414014）

巴陵分公司热电部10号锅炉是燃煤高压自然循环单炉膛汽包炉，2012年投用。锅炉采用水平浓淡直流式煤粉燃烧器，正四角切向布置，制粉系统采用钢球磨，中间仓储热风送粉系统，尾部烟道换热组件自上而下依次为高温省煤器、高温空预器、低温省煤器、低温空预器。

1 低温空预器堵塞过程分析

2015年，根据环保要求10号锅炉进行了脱硝改造，采用低氮燃烧＋选择性催化还原（SCR）技术，脱硝入口烟气从高温空预器右侧通过烟道分隔板引出，脱硝出口烟气通过分隔板先倾斜进入低温省煤器，再竖直进入低温空预器。改造后低温空预器左侧和右侧出口烟气温度出现偏差，左侧烟温偏低，右侧烟温升高，偏差呈上升趋势，排除烟气温度测点测量因素，分析认为低温预热器已经堵塞。

2016年2月，10号锅炉停炉检查时发现低温预热器入口有少量积灰，且主要集中在炉前和炉左侧。同时发现低温省煤器管右侧磨损非常严重，锅炉厂家对低温省煤器入口烟气流场进行数字模拟，对导流板重新进行了设计。2017年4月按照新的设计图纸，进行了低温省煤器进口烟道导流板、均流栅格、省煤器管排的改造，将光管改为H型鳍片管。2017年12月停炉检查发现低温省煤器入口左侧有积灰，H型鳍片管没有磨损现象；低温省煤器积灰处正下方的低温空预器仍有积灰，积灰量明显大于低温省煤器改造前，炉前、炉后的积灰面积约为低温空预器入口截面的1/6。2018年3月在锅炉运行中发现低温空预器出口烟温偏差增大，引风机入口开度到达上限，10号锅炉负荷最高只能达到380 t/h。2018年9月停炉检修，低温空预器积灰情况较之前更加严重，已达到了入口截面积的3/4，低温空预器段差压由600 Pa逐步上升至1 200 Pa，严重影响了锅炉的安全经济运行。

2 低温空预器堵塞原因分析

2.1 烟气流场不佳

由于10号锅炉设计时高温空预器与低温省煤器空间狭窄，SCR出口烟气只能通过斜板进入低温省煤器再进入低温空预器，由于烟气流动惯性，造成右侧烟气流速高，左侧出现烟气涡流，流速降低，为低温空预器入口左侧区域积灰提供了条件。2018年12月25日测试了低温空预器入口截面流速分布，见表1，由于测点有限，只测试了12个点位。从表1可以看出左侧烟气平均流速4.33 m/s，右侧8.16 m/s，左侧低于右侧3.83 m/s。

表1 低温空预器入口截面流速测试数据

2.2 氨逃逸量过大

脱硝系统反应后过量的NH3与SO3反应生成硫酸氢铵，液态硫酸氢铵具有很强的黏性，附着在空预器受热面上捕捉烟气中的飞灰，2016—2017年均发生了因粉煤灰含氨量高而滞销的情况，2018年停炉检查时发现第二层催化剂有多个模块已磨损严重，造成大量氨气未经反应而逃逸。

2.3 排放标准趋严

为享受减免大气污染物排放环保税，2018年1月起，在没有增加催化剂，也没有核算催化剂体积量能否满足脱硝效率要求的情况下，将10号锅炉NOx排放标准由100 mg/m3降至70 mg/m3，甚至低于50 mg/m3，使氨逃逸进一步加剧。

2.4 脱硝装置保温效果差

脱硝系统保温效果不佳，多处表面温度超标，散热损失大，造成脱硝出口较脱硝入口烟气温度降低了7～10℃，导致低温空预器入口烟温下降，使硫酸氢铵蒸气更容易结晶。

3 低温空气预热器堵塞的危害

3.1 低温腐蚀

造成锅炉尾部受热面低温腐蚀的原因有两点：一是烟气中存在着SO3；二是受热面的金属壁温低于烟气中的酸露点温度。SO2在脱硝催化剂的作用下极易生成SO3，加速硫酸氢铵生成，同时也造成酸露点温度升高，因此加剧低温空预器硫酸蒸气腐蚀。2018年11月10号锅炉停炉检修发现低温空预器出口烟道低温腐蚀穿孔。

低温空预器通常是含有水蒸气和硫酸蒸气的低温烟气区域，工作条件比较恶劣，容易出现低温腐蚀，一旦发生低温腐蚀，就会造成低温空预器烟气侧穿孔漏风。

3.2 低温空预器漏风

低温腐蚀与漏风相互影响，2018年12月对10号锅炉进行了漏风测试，测试结果见表2，可以看出漏风率增大进一步降低了空预器冷端壁温，加剧了低温腐蚀。

表2 10号锅炉低温空预器出口温度及漏风测试结果

从表1可以看出低温空预器漏风严重，尤其是左侧较为突出。分析认为左侧排烟温度长期处于100℃以下的低温状态，造成空预器烟气侧管壁低温腐蚀锈穿，冷风进入烟气，降低烟温，加速低温腐蚀。

3.3 对布袋除尘器的影响

低温空气预热器左侧堵塞后，左侧烟气量减少，左侧出口温度达到了硫酸蒸气的露点温度，造成烟气下游对应区域的布袋糊袋严重，导致左侧电袋区压差增大，在锅炉双制粉运行时，左侧布袋压差最高2 200 Pa，比设计值高出1 000 Pa。

4 解决措施

4.1 工程设计预防措施

1）脱硝系统应能在锅炉最低稳燃负荷和最大连续负荷（BMCR）之间的任何工况之间持续安全运行，当锅炉最低稳燃负荷工况下烟气温度不能达到催化剂最低运行温度时，应采取相应措施以提高反应器进口烟气温度，如可以在高温省煤器烟气出口安装一根管道，将烟气引至脱硝入口，烟气流量要经过热平衡计算，与催化剂反应温度匹配。

2）SCR反应器及入口烟道整体设计应充分考虑第一层催化剂入口的烟气流速偏差、烟气流向偏差、烟气温度偏差等，入口烟气流速相对标准偏差率宜小于±15%，入口烟气夹角宜小于±10°，入口烟气温度偏差宜小于10℃，为保证以上技术要求，应当进行SCR装置流体动力学（CFD）数值分析计算以及流场物理模型试验。

3）综合散热、漏风和烟气脱硝化学反应影响造成的SCR反应器整体温降不应大于3℃。

4）催化剂设计应充分考虑煤质情况、烟气特性、飞灰特性和飞灰含量，对现有煤质进行元素分析和重金属成分分析。

5）喷氨混合系统应使SCR反应器进口烟气流场中的氨气和烟气混合均匀，NH3/NOx摩尔比相对标准偏差率宜小于5%，还应考虑防护、防堵、防磨和热膨胀，氨/空气混合气体以分区方式喷入，每个喷氨支管安装调节阀和差压流量计，将信号接入DCS系统。

6）在脱销入口喷氨格栅前烟道和脱硝第三层催化剂出口烟道安装采样孔，采样孔数量、位置与喷氨支管对应，便于投运后脱硝系统调试和喷氨优化试验。

4.2 日常运行中的预防措施

为预防低温空预器堵塞，必须采取的运行调整及管理措施：

1）加强SCR在线监测系统和自动喷氨系统的维护，减小脱硝指标调整的滞后性，确保自动投入的稳定性，保证脱硝入口烟气流量、NOx浓度、含氧量，出口NOx浓度、氨逃逸浓度测量的准确性。

2）合理控制喷氨量，监视氨逃逸浓度

监控脱硝出口与烟囱外排口NOx偏差，由于10号锅炉脱硝CEMS系统为单点取样，但脱硝出口与外排口偏差较大时，表明喷氨支管氨气量与烟气中NOx量不匹配，氨逃逸往往较大，需要根据脱硝出口截面NOx折算浓度分布情况调整支管喷氨量，直到NOx分布不均匀度CV值控制在5%以下。

3）增加锅炉低负荷时催化剂层和低温空气预热器吹灰频次

锅炉低负荷时烟气流速下降，烟气中的粉尘容易沉积在催化剂和低温空预器表面，必须确保催化剂声波吹灰器、蒸汽吹灰器和低温空预器激波吹灰连续运行。运行中关注低温空预器进出口压差变化，停炉时对吹灰器系统进行全面检查，并根据检查情况及日常运行缺陷情况制定检修计划及改进方案，确保吹灰系统运行效果。

4）将催化剂检测作为脱硝系统检修的必检项目，分析理化特性指标，包括轴向径向抗压强度、磨损强度、比表面积，孔容、孔径及孔径分布、主要化学成分和微量元素；工艺特性指标，包括催化剂单元体的脱硝效率、氨逃逸、活性、SO2/SO3转换率。根据催化剂脱硝效率及活性衰减曲线预估催化剂的脱硝性能能否满足设计要求，为及时更换催化剂提供依据。

4.3 空预器堵塞后的应对措施

1）停炉后彻底清洗

用高压水枪对堵塞的预热器管道进行冲洗，以确保受热面清洁，防止堵灰加剧，通过通光试验确定冲洗质量是否合格，冲洗结束后充分干燥。对低温空预器进行漏风检查，对漏风处进行封堵并验收至合格为止。

2）脱硝系统诊断与优化改造

①原设计脱硝入口NOx浓度为600 mg/m3，实际运行入口NOx浓度超过700 mg/m3，由于入口边界条件发生变化，需要核算原有催化剂体积量是否足够，并对催化剂进行抽样检测，通过实验室中试检测评估催化剂本身的性能是否满足要求。

②在催化剂性能良好的前提下，脱硝装置的烟气流场决定了整个装置的性能能否充分发挥，其中最重要的一个影响因素就是催化剂入口的NH3/NOx摩尔比均匀性，这与脱硝装置的先天流场设计和投运后的热态调整紧密相关。首先应通过喷氨优化调整这一常规手段改善NH3/NOx分布的均匀性，降低SCR出口局部过高的氨逃逸水平，减缓低温空预器硫酸氢铵堵塞的进度，同时评估原有氨喷射系统的调节性能和脱硝装置的整体性能，辅助诊断流场改造的必要性。

③经过专业的喷氨优化调整后，如果仍无法改善NH3/NOx摩尔比均匀性，需要以现场实测流场数据作为边界条件，对原有SCR脱硝装置流场进行CFD校核计算，如果计算结果不满足常规流场指标要求，则在此基础上寻求优化设计方案，进行流场优化改造和喷氨均流装置改造。

④流场优化改造时，高温空预器烟气出口过两个弯头引出，在水平方向混合成一个烟道进入脱硝系统，将低温省煤器移位至脱硝第三层催化剂出口的正下方，脱硝出口烟气由原来的斜板进入改为竖直进入，烟气经过低温省煤器后正向进入低温空预器。脱硝系统所有的弯道、渐扩管、渐缩管均应设置导流板，在喷氨格栅烟气下游安装扰流混合器。

⑤脱硝CEMS使用的氨逃逸测量方法为抽取式间接测量，采样探头为单点采样，代表性不强，在线监测值经常严重低于实测值，建议更换为激光光谱法测量氨逃逸，该方法是将激光分析仪直接装在烟道上，利用不同组分的介质对不同波长的激光吸收能力不一样的原理，选择对氨气组分最敏感的激光光谱布置在仪器探头的对面，通过对激光光谱强度的衰减进行检测，可以测出烟气中的氨气浓度，其测量出的气体浓度值表征的是光穿过的整个路径上的气体浓度平均值，也是大多数电厂采用的氨逃逸监测方法。

4.4 适当提高低温空预器入口烟温

在锅炉炉膛出口温度不能改变的情况下，采取以下两种方法均可提高低温空预器入口烟气温度：①在脱硝出口烟道上引出烟气至低温空预器入口，在管道上安装调节阀，提高烟温有利于硫酸氢铵结晶蒸发；②在送风机入口安装暖风器或复合相变换热器，在冬季环境温度低时，提高低温空预器冷端壁温，防止排烟温度过低造成硫酸氢铵结晶堵塞和低温腐蚀。

5 结论

低温空预器管堵塞已成为电力行业面临的主要问题，是脱硝系统烟气流场、NOx浓度场、喷氨不均匀等单个或多原因造成氨逃逸量局部过大，在低温段形成硫酸氢铵，堵塞后直接造成电厂能耗升高、带负荷能力下降，需要在项目基础设计时深刻理解火力发电厂烟气脱销设计技术规程等标准规范内涵，将审核关口前移，避免设计安装中可能带来的深层次隐患，投运后应进行全面的脱硝性能考核试验，及时发现并解决设计、设备制造、施工安装问题。