深度調峰對空預器堵塞影響及治理

劉 冰

(許昌龍崗發電有限責任公司，河南 許昌 461000)

0 引言

近年來，新能源在我國能源總量中的占比逐步提高，清潔能源加大利用的同時，火電機組調峰越來越常態化、深度化。由此對火電機組的深度調峰運行帶來一系列考驗，如低負荷脫硝系統效率低、氨逃逸高引起空預器堵塞問題，嚴重影響機組安全、經濟運行。因此，加強對氨逃逸率的控制以及如何預防、治理空預器堵塞，提高火電機組深度調峰能力，在當前形勢下是現實的亟需解決的工程課題，具有十分重要的意義。

1 空預器堵塞的成因

1.1 SCR運行噴氨量控制的影響

當前大多數火電廠脫硝技術主要采用選擇性催化還原法(SCR)，SCR反應器布置在省煤器與空氣預熱器之間，當進入反應器的煙氣溫度達到320℃～420℃，多數催化劑在這個溫度范圍內有足夠的活性，可獲得較好的脫硝效果。

脫硝反應過程中，由于煙氣成分的復雜性和氧的存在，會發生一系列副反應，部分未參與反應的NH3隨煙氣進入下游煙道，溫度在140℃～210℃，氣態氨與SO3反應生成NH4HSO4，NH4HSO4溫度在150℃～230℃呈液體，黏性較大，易沉積在受熱面，同時將煙氣中灰塵黏附在空預器中，在溫度低于150℃時呈固體板結狀態，造成空預器低溫段受熱面堵塞和腐蝕[1]。硫酸氫氨生成的反應式為：NH3+SO3+H2O→NH4HSO4。由此可見，脫硝系統引起空預器堵塞主要因素是NH4HSO4，減少NH4HSO4生成需要較低的SO2/ SO3的轉化率，合適的SCR反應溫度，并嚴格控制氨逃逸。隨著火電機組參與深度調峰日益頻繁，低負荷脫硝反應器溫度較低，SCR催化劑活性不高，為了保證環保參數，往往氣態氨呈過噴狀態，氨逃逸較高，加劇了空預器堵塞。

1.2 空預器本體溫度

當空預器本體溫度高于酸露點溫度時，一般不會形成低溫腐蝕，導致空預器堵塞。但當空預器本體溫度低于酸露點溫度時，會由于低溫腐蝕而造成空預器堵塞。空預器冷端傳熱原件溫度可由下式計算：

tk=0.5(tpy+tkkp)-5

(1)

式中，tpy代表排煙溫度；tkkp代表空預器進口風溫。

由公式(1)可知，當機組負荷較低時，排煙溫度將隨之下降，在冬季時空預器進口溫度也會較低，此時空預器本體溫度將會下降，當溫度低于酸露點溫度時，會因低溫腐蝕造成空預器堵塞。

1.3 空預器吹灰不足

在實際運行中，空預器的吹灰效果受多方面因素影響，容易導致達不到理想的吹灰效果。①吹灰蒸汽的壓力、溫度不足，未帶達到設計要求，導致吹灰效果差，往往低溫蒸汽更容易導致空預器堵灰現象的發生。②空預器吹灰器配置不合理，吹灰管道泄漏，導致空預器無法吹灰。③操作人員未按規定進行吹灰，或者減少吹灰次數，導致空預器積灰，空預器差壓上升，并未及時處理，引起空預器堵塞。

2 空預器堵塞的影響

2.1 影響機組安全經濟運行

空預器堵塞主要表現在空預器差壓的增大，引起爐膛負壓波動，尤其當堵塞不均勻，或兩側空預器堵塞程度偏差較大時，引起一、二次風壓和爐膛負壓周期性的大幅度波動，易發生風機搶風、喘振現象，威脅機組安全運行。另外，煙道阻力增加，不但造成風機的電耗增大，而且導致局部煙氣流速變快，加劇空預器局部蓄熱元件磨損。同時，空預器堵塞會降低空預器換熱效率。

2.2 對機組出力的影響

由于空預器堵塞，煙道阻力增大，高負荷時風機運行容易超出設計出力，引起風機喘振、失速現象，無法滿足機組滿負荷運行需求。出于安全考慮，往往造成機組限出力。據某火電廠運行數據顯示，當氨逃逸達到 5 mg/L時，半年以上空預器阻力就會比之前擴大1倍，就必須停爐清理空預器堵塞問題，嚴重影響火電廠生產[2]。

2.3 對脫硝系統的影響

空預器堵塞嚴重時，機組被迫長期維持低負荷運行，或機組參與深度調峰日益頻繁，造成反應器溫度無法維持在SCR最佳活性溫度，脫硝效率降低，容易引起局部噴氨量增大，氨逃逸升高，又進一步加劇空預器堵塞，形成惡性循環。

3 空預器堵塞治理方法及預防

3.1 空預器在線高壓水沖洗

在線高壓水沖洗是空預器在正常運行中利用高壓水，將粘附在空預器換熱片上的積灰、焦粒沖起，隨煙氣帶走，達到減緩空預器堵塞的目的。沖洗水壓力控制在30 MPa 左右，投入后不得隨意中斷，水沖洗前后通過空預器出口煙道入孔門檢查積灰變化情況。該方法短時間就能有效緩解空預器堵塞，但往往需要搭建安裝臨時給排水管道及水泵設備。

3.2 熱分解法

硫酸氫氨加熱150℃以上即由固態變為液態，加熱至200℃左右時，將逐步氣化分解為NH3+H2SO4。熱分解法是指減少一側空預器的送風量，提高其出口排煙溫度將硫酸氫氨氣化分解，通過持續空預器吹灰沖走軟化的板結積灰，達到緩解空預器堵塞的目的，一般維持出口煙溫180℃。操作過程應注意升降溫速率，防止空預器膨、縮不均引起轉子卡澀，還應注意另一側空預器排煙溫度不能過低。該方法操作簡單，無需增加設備，但需要長時間持續投入才可獲得滿意效果。表1是某電廠兩種方法的對比試驗數據[3]。

表1 某電廠在線水沖洗及熱分解效果對比

3.3 空預器堵塞的預防

預防空預器堵塞主要應考慮防止脫硝反應器噴氨量過大，降低氨逃逸。噴氨量除受SCR催化劑活性影響以外，噴氨格柵及反應器流暢不均也會形成局部噴氨量過大。在機組負荷變化，脫硝出口氨逃逸率增大，以及SCR出口NOx含量與脫硫出口凈煙NOx偏差增大情況下，需要對AIG噴氨格柵進行優化調整，減少局部過量噴氨導致氨逃逸率增大，提高脫硝效率。以龍崗電廠為例，該廠3、4號機組為660 MW 超超臨界機組，采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，還原劑制取采液氨氣化法(后改為尿素水解法)，該廠自2019年進行脫硝系統優化改造，增加反應器各區域氨逃逸測點，可實現不同區域噴氨量的獨立精準控制，有效降低了氨逃逸。

為了徹底消除液氨的國家重大危險源，并且消除冬季脫硝系統溫度低的缺陷，龍崗電廠進行了液氨改尿素的技術改造，加裝了暖風器提升溫度，活化了反應，成效明顯。

4 深度調峰時的運行調整

隨著深度調峰的日益常態化，660 MW超超臨界機組頻繁按照調度要求調峰至150 MW甚至更低，而且當前環保壓力巨大，三項污染物小時均值超標，甚至瞬時超標均會被納入嚴肅考核。如何在日常運行中通過運行精心調整，保證安全、經濟、環保協調管控成為了亟待解決的課題。首先應當完善調峰管理預案和技術措施，建立標準操作票，加強重要參數的日常監視，特別是脫硝進口溫度作為關鍵參考指標。其次，擇機進行技術改造，助力精細化監盤調整。第三，嚴格環保管控措施，加強重要備品、備件儲備和落實環保值班管理。

5 結語

深度調峰加劇空預器堵塞的主要原因是低負荷反應溫度低，引起局部噴氨量增大、氨逃逸升高加速硫酸氫氨的生成，可定期對噴氨系統進行優化調整，保證噴氨量分布情況與煙氣流場中NOx分布情況匹配，最終提高脫硝效率，降低氨逃逸率。高壓在線水沖洗和熱分解均可以有效治理空預器堵塞，兩種方法有不同的優缺點，各廠可根據實際情況需要選擇使用。