脫硝空氣預熱器改造總結及效果評估

陳玉華

（國電長源荊州熱電有限公司湖北荊州434000）

脫硝空氣預熱器改造總結及效果評估

陳玉華

（國電長源荊州熱電有限公司湖北荊州434000）

國電長源荊州熱電有限公司2×330MW機組鍋爐為上海鍋爐廠生產的1025t/h亞臨界燃煤鍋爐，每臺鍋爐配有兩臺容克式三分倉空氣預熱器。2013年11月和2014年6月對#2爐和#1爐分別進行了脫硝增容改造，為適應脫硝運行的要求，對空預器進行了同步改造。本文介紹了脫硝空氣預熱器的改造方案，對改造后的運行情況進行了總結及效果評估。

脫硝改造；脫硝空氣預熱器改造；空氣預熱器密封改造

1 項目背景

隨著國家節能減排工作的不斷深入，新版《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）要求，NOx排放限值為100mg/Nm3。現在燃煤鍋爐均已安裝脫硝系統，其中絕大部分采用SCR脫硝方式，其原理是向煙氣中噴入NH3，NH3在催化劑的作用下和煙氣中的NOx反應，將其還原為氮氣，其主要反應如下：

然而，根據化學反應平衡原理及實際情況，NH3完全反應是很難的，SCR脫硝方式運行中必然發生部分氨逃逸，氨逃逸率一般在3ppm以下，殘留氨氣會與煙氣中SO3和水蒸汽反應，會生成硫酸銨和硫酸氫銨：

硫酸氫銨從氣態向液態轉變溫區正好處在流經空氣預熱器的部分煙氣溫度區間。由于液態硫酸氫氨是一種高粘性液態物質，易冷凝沉積在空預器換熱元件表面，吸附煙氣中粉塵，造成空氣預熱器堵塞、換熱元件腐蝕，嚴重影響脫硝機組的安全穩定運行。

燃煤鍋爐爐膛內煙氣中的SO2約有0.5%～1.0%被氧化成SO3。加裝SCR系統后，催化劑在把NOx還原成N2的同時，還會增加SO2的氧化率，約有1.0%的SO2會被氧化成SO3。當煙氣中SO3濃度在5μL/L以上時，空氣預熱器的低溫腐蝕將很嚴重，同時也形成了較多的酸性粘結灰。此外，在空氣預熱器的煙氣入口段除了酸性粘結灰的粘結和腐蝕外，還會被從爐內和過熱器區域帶來的燒結灰和渣粒所堵塞，影響空氣預熱器的正常運行。

因此在機組增加脫硝設備后，必須同步對空氣預熱器進行改造。本文結合國電長源荊州熱電有限公司空氣預熱器改造，介紹脫硝系統運行造成空氣預熱器堵塞的控制措施，以及消除或減少脫硝引起空氣預熱器堵塞對機組安全經濟運行的影響，同時提高空氣預熱器換熱性能。

2 設備概況

國電長源荊州熱電有限公司2×330機組鍋爐為上海鍋爐廠生產的亞臨界燃煤鍋爐，型號為SG-1025/ 17.5-M738，每臺鍋爐配有兩臺容克式三分倉空氣預熱器。空氣預熱器元件分為兩層布置，熱端換熱元件高度1100mm（DU3波形），冷端換熱元件高度1000mm，材質為考登鋼(corten鋼)，轉子高度為2581mm。機組同步建設了脫硝裝置，按照脫硝裝置入口NOx濃度450mg/ Nm3，出口濃度225mg/Nm3設計，脫硝效率為50%，脫硝還原劑為液氨。空預器配套有蒸汽吹灰器及高壓水沖洗系統。#1、#2機組分別于2009年8月和2009年12月投入商業運行。

3 脫硝改造后空預器運行情況

為滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的要求，2013年11月和2014年6月對#2爐和#1爐進行了脫硝提效增容改造，脫硝效率提升為75%。

由于脫硝提效增容改造的同時并未對空預器同步進行改造，空預器堵塞情況嚴重。2014年7月9日，#1爐在負荷270MW下，左右側空預器煙氣側阻力分別為2100Pa和2900Pa（設計值為1195 Pa（BRL工況））。數據表明空預器存在嚴重堵塞。2014年7月8日，并由于空預器堵塞，導致#1爐B引風機發生失速報警，鍋爐被迫降負荷（由294MW降至235MW）運行。同時，在機組停機檢修期間分別對兩臺鍋爐空預器進行檢查，空預器冷端換熱元件及密封片已經嚴重腐蝕，降低了空預器換熱元件的換熱效率，影響空預器的安全穩定運行。

空預器冷端堵塞情況及換熱元件損壞照片如下：從照片中可以看出鍋爐脫硝增容改造后對原空預器換熱元件形成嚴重堵塞及損壞。

圖1 空預器冷端換熱元件

圖2 空預器冷端熱端換熱元件

4 空預器改造實施方案

為滿足對空氣預熱器正常運行的要求，確保空氣預熱器正常穩定、安全可靠、經濟運行。在原空預器外殼及各支撐鋼梁不變動的情況下進行改造，主要改造方案為：更換#1爐空預器冷、熱端換熱元件，冷端元件改為搪瓷元件，重新選擇冷端換熱元件波形；同時更換冷、熱端徑向柔性密封片，空預器隔板倉改造和軸向旁路密封片修復等。

4.1 重新選擇冷端和熱端換熱元件的波形

根據脫硝空預器的特點，重新選擇冷端和熱端換熱元件的波形，原則是采用流通阻力小的大通道波形，能有效的防止硫酸氫銨粘結，空預器堵灰，從而降低空預器運行阻力。

換熱元件仍分為兩層布置，冷端波形采用大通道“L”波形（防堵灰效果好）高度為1150mm，通過計算及類似煤種在其它電廠空氣預熱器上面的實踐，可以包含硫酸氫銨腐蝕區間，防止硫酸氫銨的越界腐蝕。熱端波形采用DU波形，元件高度為1230mm。

熱端元件材質為SPCC，波形板均勻、緊密無松散。

4.2 冷端換熱元件改為鍍搪瓷元件

冷端元件更換為鍍搪瓷元件，基材為搪瓷專用零碳鋼；瓷釉粉為原裝優質進口瓷粉，采用最先進的靜電干法一次噴涂鍍搪瓷工藝，，經過近幾年的實踐證明，該工藝的搪瓷元件壽命及性能要明顯優于別的工藝，已成為整個空預器市場的主流工藝。單面搪瓷厚度0.15～0.2mm，冷端元件在結構上不易堵灰或掛灰，定位板與波紋板容易清洗，在保證熱力參數的前提下，使用“L”型的傳熱元件更容易清洗、吹灰壓力衰減小，從而可以降低因堵灰而增加的阻力。搪瓷元件可以防止低溫腐蝕，搪瓷表面比較光滑，受熱元件不易粘附粘結物，即使粘附也易于清除，可提高冷端的抗粘附特征。以利于飛灰等粘結物的清除。易于涂搪瓷，通透性好，對堵灰不敏感，使用壽命長，結構簡單，涂搪瓷過程中不易崩裂。

搪瓷鍍層均勻牢固，表面光滑平整。搪瓷質量標準執行BS EN14866：2005。

4.3 對空預器的隔倉及密封進行改造

密封系統改造包括重新設計、制作徑向密封片，壓板及緊固件并更換。按照改造后的空氣預熱器運行性能及轉子載重，重新計算三向密封間隙，現場安裝時仔細調整；在固定硬密封的基礎上加裝一套柔性接觸式密封，從而進一步降低漏風率。通過降低空預器的漏風率，可以提高空預器冷端的綜合平均溫度，也減少了冷端低溫腐蝕堵塞的可能性。

4.4 主要運行控制措施

1）適當提高冷端綜合溫度：適當打開熱風再循環，提高冷端綜合溫度能夠有效地防止冷端低溫腐蝕堵塞，排煙溫度提高也可以降低硫酸氫銨堵塞的高度，更利于吹灰器吹掃；

2）調整空預器冷、熱端吹灰器步退時間，通過吹灰器槍管的步退行程的距離確定將步退時間由原來的10S改為5S，保證吹灰蒸汽全覆蓋，以達到較好的吹灰效果，減輕空預器堵塞狀況。

3）適當增加吹灰頻率，提高吹灰壓力，保證吹灰蒸汽品質，適當提高吹灰頻率有助于改善空預器壓差增大情況，但此手段是應急手段，不能作為常規運行手段進行長期高壓力、高頻次的吹掃，以免空預器換熱元件受到吹損。吹灰壓力最高不要高于1.6MPa，在壓差下降以后立即恢復正常吹灰。正常吹灰壓力維持1.3 MPa，同時將吹灰疏水溫度由220℃提高至260℃，保證吹灰蒸汽的充分疏水及足夠的過熱度，防止蒸汽帶水損傷搪瓷元件，從而保證蒸汽吹灰達到最佳效果。

4）嚴格控制噴氨量與氨逃逸率控制氨逃逸量，日常運行過程中，定期進行氨噴射系統的噴氨流量平衡調整，防止局部氨逃逸量過大。機組檢修時檢查噴氨格柵是否發生泄漏或噴氨格柵局部噴嘴是否堵塞。防止催化劑壓損過大或發生堵塞。每次停爐對催化劑外觀進行全面檢查，活性部位的燒結、活性部位的減損、催化劑的微孔堵塞或催化劑內部流道堵塞等。定期對氨氣逃逸率表計進行校驗，保證其準確可靠。保證噴氨調整門的開度與流量特性曲線良好,避免調整門微動而流量大幅增加或減少。

5 改造后運行效果

#1鍋爐空氣預熱器改造于2015年9月5日至10月5日實施，機組運行后由國電科學技術研究院武漢電力技術分院于2016年1月24日至1月27日對#1爐空預器進行性能試驗。性能試驗結果如下表所示：

從上表的數據可以看出，經過改造后的空預器運行各項性能都滿足設計保證值的指標要求，改造達到了預期的效果。

結語

根據國電長源荊州熱電有限公司#1鍋爐空氣預熱器實際運行情況，制定了合理的技術改造路線和詳細的改造方案并實施，確保空氣預熱器安全穩定運行。經改造，空氣預熱器換熱效果提升，風溫上升，排煙溫度降低，煙氣側阻力下降，達到了改造目的。

[1]馮俊凱，沈幼庭主編。《鍋爐原理及計算》。第二版。

北京：科學出版社，1992

[2]應精良，李永華主編。《電站鍋爐空氣預熱器》。第一版。中國電力出版社，2002

[3]黃有強，《脫硝空預器及空預期密封同期改造總結及效果評估》。全國第八屆電站鍋爐專業技術交流會論文集