燃煤機組空氣預熱器堵塞問題解決方法及建議

王文鼎

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北分公司）

0 引言

由于環保排放要求的提高以及機組深度調峰時長的增加，大批燃煤機組空預器阻力上升較快且頻繁發生，已經成為影響很多電廠安全經濟運行的病癥［1］，因此解決空預器堵塞問題作為很多電廠的重點工作一直在進行中，本文通過對空預器堵塞形成原因進行分析，以及對各電廠為解決堵塞問題進行相關改造及發生堵塞后處理方案進行介紹對比，希望對其他電廠處理空預器堵塞問題提供借鑒。

1 空預器堵塞形成的原因

1.1 吹灰器帶水、暖風器泄漏

空預器吹灰器汽源一般來自兩路，一路來自輔汽聯箱，主要在機組啟動過程中對空預器進行吹灰，一路來自鍋爐主吹灰汽源，鍋爐整體吹灰過程中最先吹掃空預器，如果機組啟動過程中輔汽聯箱溫度不夠或者是鍋爐整體吹灰時吹灰器暖管時間不夠，非常容易造成吹灰蒸汽過熱度不夠，吹灰蒸汽在空預器表面凝結成水，與煙氣中的硫化物以及灰分產生反應后發生硬結，造成空預器流通面積減小，且硬結物較難處理。同樣的一、二次暖風器作為提高空預器入口空氣溫度的一種設備，非常容易因磨損等在運行過程中泄漏，且如果泄漏量較小，非常不容易發現，泄漏的水蒸汽或者是水在空預器中發生硬結，堵塞空預器。

1.2 低溫腐蝕

根據大量文獻研究表明，不含硫化物的煙氣露點溫度一般為30～60℃，即使煤中水分很大時，煙氣水露點也不超過66℃，一旦煙氣中含SO3氣體，則使煙氣露點大大升高，如煙氣中只要含有0.005%（50ppm）左右的SO3，煙氣露點即可高達130～150℃或以上［2］，而絕大部分電廠設計的空預器出口煙氣溫度低于130℃，尤其是在環境溫度較低或者是機組參與深度調峰的過程中。硫酸蒸汽的存在使煙氣的露點顯著升高，由于空預器中空氣的溫度較低，預熱器冷段的煙氣溫度不高，壁溫常低于煙氣露點，這樣硫酸蒸汽就會凝結在空預器受熱面上，破壞蓄熱面結構產生硫酸鹽捕捉飛灰板結形成灰垢，加劇積灰，造成堵塞加重。

1.3 硫酸氫氨造成的堵塞

原煤中的硫分燃燒會生成SO2，脫硝催化劑V2O5促進其中一部分轉化成SO3，其中一部分還會與水反應生成H2SO4，H2SO4與脫硝系統中的逃逸氨反應生成硫酸氫銨，硫酸氫銨的沸點為350℃，熔點為147℃。大型燃煤電廠空氣預熱器中煙氣溫度范圍約為120～400℃，在機組啟動或者是環境溫度較低時溫度范圍更低，因此煙氣經過脫硝系統之后形成的硫酸氫銨在空預器中會發生氣、液、固三相形態的轉變，最終形成凝結物粘附在空預器靠近冷端位置，且由于自身粘附性強，硫酸氫銨還會吸附煙氣中的飛灰顆粒，形成板結狀物質，堵塞空預器蓄熱元件通道，造成空預器阻力增加［3］，如圖1所示。

圖1 空預器冷端堵塞情況

從硫酸氫氨生成機理及硫酸氫氨的物理特性看，硫酸氫銨造成堵塞需要兩個條件，一是硫酸氫氨的生成，二是硫酸氫氨的凝結。控制硫酸氫氨的生成即控制煙氣中含硫化合物的生成，這需要從入爐煤的硫分含量進行控制，另外需要控制脫硝氨逃逸量，而脫硝氨逃逸是與噴氨量成正比的，因此需要控制噴氨量；控制硫酸氫氨凝結的主要手段為提高冷端綜合溫度，使空預器冷端的溫度高于硫酸氫氨凝結點，避免硫酸氫氨在空預器中凝結。

2 防止空預器堵塞的措施

為解決空預器堵塞問題，許多電廠進行過相關改造，本文對目前改造的主要方式進行介紹。

2.1 蓄熱元件三段改兩段

根據工程經驗和流場計算分析，當元件中存在堵塞物時，上、下部吹灰器的吹掃會使三層布置中的堵塞物聚集在冷端元件和中溫段元件的分界層處，并向中溫段延伸，使堵塞惡化，阻力升高；而兩層布置的流場特性明顯優于三層布置，即使元件中出現堵塞物，也容易被吹灰器吹掃清除，恢復到元件自身的正常阻力特性狀態。目前較多電廠已進行相關改造，對于緩解空預器堵塞起到一定的作用，不同分段的預熱器堵塞位置如圖2所示。

圖2 不同分段空預器中堵塞物聚集位置

2.2 熱介質循環防堵

三分倉空預器的轉動方向為煙氣側→二次風側→一次風側→煙氣側，在轉動過程中蓄熱元件從煙氣側吸收熱量，再在空氣側放出熱量。因此當預熱器從空氣側即將進入煙氣側時溫度最低，如圖3中A點，直接轉至煙氣側時，冷端溫度在酸結露區內，容易發生低溫結露，風量分切防堵灰技術即在空預器熱端煙氣側或者熱一次風側引出一部分高溫煙氣（空氣）至空預器冷端混合，使蓄熱元件轉至煙氣側之前，提高該點的溫度到B點，使冷端溫度最低點高于酸結露點，避開酸結露區，降低低溫結露。

圖3 空預器中煙氣溫度分布示意圖

該技術雖然在原理上可以避免硫酸氫銨的凝結，但在實踐中無論是將高溫煙氣還是空氣引入冷端，都需要風機有較大的壓力升，且此時介質溫度較高，需要考慮風機軸承的冷卻，此外介質如果從煙氣側引出，則含塵量較大，對風機葉片磨損較大。因此，該改造在實際運用中效果不佳。

2.3 空預器分級

將原來一個空預器拆分為兩個，上部分為三分倉式空預器，下部分為管式空預器。經過管式空預器的空氣溫度被加熱至60℃以上，這樣就能使三分倉空預器蓄熱元件冷端溫度避開硫酸氫銨的凝結點，從而降低空預器堵塞。熱管外壁為一種不容易粘附的特殊材質，相對較容易被吹灰器吹掃干凈，熱管內工質被吸附在多孔的毛細吸液芯內，一般為氣、液兩相共存，并處于飽和狀態，熱管從外部熱源吸熱，蒸發段吸液芯中工質蒸發，局部空間的蒸汽壓力升高，管子兩端形成壓差，蒸汽在壓差作用下被驅送到冷凝段，其熱量通過熱管表面傳遞給被加熱體，熱管內工質冷凝后自流返回蒸發段［4］。

該方式由于需要將原來空預器一分為二，且管式空預器面積相對較大，對煙道布置有要求，此外管材磨損和硫酸氫氨在管式空預器外壁凝結依然無法避免，因此在實際應用中效果不如人意，如圖4所示。

圖4 分級式空預器布置示意圖

3 發生堵塞后的處理方法

雖然空預器經過改造后能夠起到一定的緩解作用，但是空預器堵塞依然頻繁發生。因此在空預器發生堵塞后建議采用沖洗法、溫升法以及提高吹灰壓力的方法進行緩解。

3.1 進行高壓水沖洗

1）在線水沖洗。沖洗壓力一般為30～50MPa，沖洗后壓力可下降500～1000Pa。沖洗注意事項：①負荷80%以上，負荷過低沖洗水無法及時帶走；②沖洗前需保證放水管道暢通無積灰，且沖洗后的排水盡量外排，不要接入地下管網，否則灰水混合物容易堵塞地下管網；③空預器水沖洗前應將空預器氧量測點元件拆除以防止氧化鋯進水；④沖洗過程中布袋除塵旋轉噴吹連續運行，且除塵器阻力無明顯增加。

2）離線水沖洗。沖洗壓力常見50～70MPa，沖洗時由于無高溫煙氣攜帶，硫酸氫銨易二次結晶（見圖5），因此要保證足夠的沖洗時間。沖洗后一定要等空預器徹底晾干。

圖5 水沖洗不干凈造成的二次結晶

無論離線水沖洗還是在線水沖洗都會對蓄熱元件的下部造成損壞，尤其是目前空預器為防止低溫腐蝕，大部分在低溫端采用鍍塘或特殊處理，頻繁高壓力沖洗極易造成冷端蓄熱元件損壞。

3.2 溫升法熱解

溫升法處理空預器堵塞的原理是通過提高空預器冷端的排煙溫度到180～200℃，將NH4HSO4由固態轉變為液態或氣態，通過將NH4HSO4氣化來緩解空預器堵塞情況，從而降低空預器運行差壓，一般情況可下降500～1000Pa。

具體實施方法為運行過程中降低機組負荷至60%左右，逐漸關小單側（A）送風機的出力，同時提高對側（B）送風機出力，維持鍋爐總風量不變，使單（A）側空預器出口煙氣溫度逐漸上升，升溫速度上升速率不大于1℃／min，直至空預器出口煙氣溫度（平均溫度）升至190℃以上，空預器連續吹灰，維持3～4h至空預器差壓不再下降。

此方法雖然效果較慢，但好處是不會對設備產生傷害，因此許多電廠將其作為一項緩解空預器阻力的常規性工作，使用頻率較高。

3.3 適當提高空預器吹灰壓力

機組長期處于中低負荷運行，吹灰壓力不足尤其是吹灰器提升閥后壓力不足，無法吹透空預器冷端蓄熱元件，空預器阻力上升較快，某電廠將空預器吹灰器提升閥后壓力由0.8MPa提升至1.2MPa，空預器阻力下降了約1000Pa。

空預器正常吹灰壓力應滿足吹灰器的設計要求，過小無法吹透蓄熱元件，過大可能造成蓄熱元件的損壞。

4 結束語

根據目前電廠空預器堵塞情況及對各個廠改造方案及堵塞后治理方案調研，建議如下：

1）從源頭進行治理，通過燃燒調整控制爐膛出口NOx，從而減少噴氨量，通過流場仿真、噴氨優化等方式減少氨逃逸，減少硫酸氫氨的形成。

2）通過對各電廠防空預器堵塞的方案調研，推薦蓄熱元件三段改兩段，其他熱介質循環和空預器分級方案不推薦。

3）機組運行過程中若空預器堵塞嚴重急需緩解，建議首先選擇溫升熱解法，其次采用在線水沖洗，對于單輔機等不具備溫升熱解法的建議加裝在線水沖洗裝置。

4）日常運行過程中注意入爐煤質變化，在機組啟動、深度調峰等排煙溫度較低時盡量不用高硫煤，燃用高硫煤時應適當提高一、二次風溫度。