火電機組空預器防堵治理技術優化研究

石全成，吳承剛，田永強

（1.國家電投集團新疆能源化工有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830063；2.中電投新疆能源化工集團五彩灣發電有限公司，新疆 烏魯木齊 831799）

某火電廠機組完成了超低排放改造，這也導致了600MW 機組回旋式空預器堵塞成為日常運行中的普遍現象。而其發生堵塞的原因是在外界溫度較低的環境下，脫銷系統中逃逸出去的氨會和煙霧中的三氧化硫發生反應生成硫酸氫銨，而液態硫酸氫銨具備極強的吸附煙塵能力，其會與煙霧中的灰塵粒子結合，在溫度不斷降低的過程中，最終會凝結成固態附著在空預器冷端，隨著附著量的堆積，就會造成空預器的堵塞。在對空預器堵塞原因進行分析后，該火電廠技術人員立即提出了相應的解決方案，使得空預器堵塞情況顯著好轉，進而確保火電機組的安全運行。

1 600MW 空預器堵塞原因分析

1.1 脫銷系統氨逃逸率增加

依據我國現行標準，火電機組最低排放標準對于煙氣的要求為NOx≤50mg/m3。但從實際情況來看，由于火電機組AGC 在運行狀態下負荷一直處于變化狀態，且具有變動幅度較大、變化速度較快的特征，外加鍋爐送風以及二次風門擋板都采用的手動控制模式，鍋爐燃燒工況變大，常常會出現操作人員無法及時對鍋爐送風量進行調整的問題，從而導致了SCR 入口處的煙氣含量變化較大，甚至會出現1000mg/m3的短時超高流量，相對應SCR 的噴氨量也會在短時間內劇增，造成氨逃逸的概率增加。此外，在進行超低排放標準調試過程中噴槍霧化效果不良、鍋爐溫度分布不均，也會導致SNCR 的反應效率降低，這會影響從SNCR 逃逸出來氨的反應，從而致使SCR 氨逃逸的概率增加。

1.2 空預器冷端溫度較低

鍋爐運行過程中熱能最大的損失便是排煙損失，而為了提升鍋爐的運行效率，降低排煙溫度，通常火電廠都會在冬季將600MW 火電機組空預器冷端溫度設定在140℃（±5℃）區間范圍內，而送風機熱風再循環系統只有在外界環境溫度低于10℃時才會開啟，這就會導致空預器冷端的溫度較低，對空預器造成低溫腐蝕。

1.3 入爐煤硫分和灰分含量高

燃煤電廠是以固態煤作為原料來進行發電的，一般來講，燃煤會占到電廠成本支出的70%以上，而為了降低燃煤的使用成本，電廠會采購一定量的高硫分、高灰分的劣質煤，這就導致了入爐煤硫分高達2%以上，入爐灰分高達50%以上，這也是造成排放煙氣中三氧化硫和灰分較高的主要原因。

通過上述對空預器堵塞三種不同原因的分析，可以得出，脫銷系統中逃逸出來的氨和煙氣中含有的三氧化硫以及水蒸氣等進行反應后會生成硫酸氫銨，反應的化學公式為：NH3+SO3+H2O →NH4HSO4，液態化的硫酸氫銨具有極強的吸附性，可以和煙氣中的灰塵粒子進行快速結合，在外界溫度降低后附著在空預器上，進而造成空預器的堵塞。

2 空預器堵塞治理優化技術

2.1 暖風器技術

（1）工作原理。鍋爐暖風器是一種采用汽輪機低壓抽汽來加熱空氣的熱交換器，通常鍋爐暖風器都會安裝在送風機出口和空預器入口之間，加裝暖風器能夠有效地提高進入空預器的空氣的溫度，使得空預器內壁溫度升高，進而提升了空預器冷端的綜合溫度，避免出現低溫腐蝕和硫酸氫銨凝結的問題。在火電機組啟動過程中，暖風器通常都會作為輔助蒸汽熱源使用對一次風、二次風進行預熱，并在機組正常運行狀態下切換至機組的四級抽汽。由四級抽汽輸送過來的蒸汽通過調節閥后進入至暖風器，凝結的水分則會通過疏水器排放至疏水箱，在利用疏水泵泵入高壓凝氣器或者低壓加熱器中。

（2）暖風器技術優缺點。優點：可以有效地提升空預器冷端的綜合溫度，改善空預器堵塞的情況；提升熱一次風和熱二次風的溫度，提升鍋爐運行的熱效率。缺點：由于暖風器需要安裝在二次風道中，為了確保具有較高的換熱效率，各個設備布置得較為緊密，這無疑會增加風道的阻力。對于600MW 火電機組來講，暖風器阻力增加約200 ～300Pa，增加用電量約0.02%。此外，暖風器在運行過程中還存在泄漏、堵灰的風險，對火電機組的安全運行帶來較大的隱患。

2.2 煙冷器-暖風器技術

（1）工作原理。煙冷器通常都會加裝在鍋爐尾部煙道的受熱面上，凝結的水珠在煙冷氣內吸收排煙的熱量轉化為水蒸氣返回凝結水系統中，同時，會降低排煙溫度，進而達到節能降耗的目的。煙冷器-暖風器的工作原理與暖風器相同，不同之處在于該技術路線中，暖風器熱源采用的是煙冷器所回收的熱量，因此不會增加燃煤的消耗量。

（2）煙冷器-暖風器技術優缺點。優點：采用該技術可以提升預冷器冷端的綜合溫度，緩解空預器的堵塞狀況，并同時提升熱一次風和熱二次風的溫度，提升鍋爐運行的熱效率。此外，由于該技術采用的熱源來自煙冷器，因此還能夠在一定程度上降低煤耗。缺點：在該技術路線中，煙冷器安裝在二次風道，暖風器安裝在尾部煙道，為了確保具有較好的換熱效率，風道結構布置較為緊湊，對于600MW 火電機組來講，煙冷器增加阻力約為400 ～500Pa，增加用電量約為0.04%；暖風器阻力增加約200 ～300Pa，增加用電量約0.02%。此外，由于煙冷器安裝在了尾部煙道中，這會導致煙氣溫度過低，使得空預器低溫腐蝕情況加重，提高了泄漏和堵塞的風險。

2.3 空預器風量分切技術

（1）工作原理。空預器風量分切是一種利用空預器自身運行過程中所產生的熱風對冷端蓄熱板進行加熱來防治空預器堵灰的一種技術。具體來講，熱風加熱的對象為處于最冷狀態下的空預器冷端蓄熱板。該技術實施的流程為：首先，在空預器上分隔出一個分切風分倉，并在分倉上安裝分切風道，通過分切風機帶動風道內的空氣循環，此時，分切風會在空預器熱端吸收熱量，形成溫度在300℃左右的熱風，當熱風進入空預器冷端后，會放出熱量來對其進行加熱，如此循環往復，將空預器熱端所產生的熱量轉移至冷端，便可以解決冷端溫度過低的問題。

（2）風量分切技術優缺點。優點：采用該技術路線可以有針對性地對空預器冷端即將結露的部位進行加熱，有效解決空預器在低溫下結露、堵塞的問題。且采用該技術無須借助外部熱源，只需將空預器所產生的熱量進行轉移即可，對于排煙溫度產生的影響較小。此外，在經過對空預器內部結構改造后，分切風倉和煙氣側之間的壓差會比一次風側和煙氣側的壓差低，這就使得排出煙氣泄漏至空氣中的量大大減小，降低了空預器的漏風率，有助于達到既定的排放標準。缺點：該技術需要安裝2 臺400kW 分切風機，且該風機電機的額定電流較大，會增加火電廠的用電量。

2.4 熱風再循環技術

（1）工作原理。熱風再尋循環技術指在空預器二次出風口處增加一段風道，風道另一端連接至空預器冷風入口處，然后將預熱器產生的熱風分出一部分和入口的冷風混合，來提高入口的溫度。熱風再循環技術的工作原理如圖1 所示。

圖1 熱風再循環系統示意圖

（2）熱風再循環技術優缺點。優點：采用該技術路線改造成本較低，僅僅安裝一段風管便能夠解決空預器冷端溫度過低問題，且即便是停用該系統，也不會對空預器的正常運行產生影響。缺點：熱風再循環會使得風機入口風量加大，導致預熱器二次風側阻力增大，會對風機功耗造成一定的影響。此外，該技術雖然改造較為簡單，但對于風機入口處溫度的提升幅度也較小，很難滿足寒冷冬季空預器冷端溫度的需求。

2.5 空預器熱風清洗技術

（1）工作原理。空預器熱風清洗技術主要指對一次風和二次風進行清洗，首先，在熱一次風管路上分出一部分熱風；其次，在冷端二次風側設置一個單獨清洗倉，采用循環風道將一次側的熱風引入清洗倉中，以熱風和冷風之間的壓力差為循環動力，迫使熱風混入二次風內，最后進入爐膛。空預器熱風清洗技術是利用蒸汽發生器產生的高溫高壓蒸汽，通過高壓泵送入空預器內的熱交換器中，使蒸汽溫度升至400℃以上，并將冷凝水排放到清洗槽內，進行沖洗、烘干。經過一段時間的運行后，由于煙氣中含有一定質量水分，容易造成空預器結垢堵塞甚至損壞空預器，直接影響鍋爐安全穩定運行。

目前，對于空預器結垢堵塞問題的解決方法主要有兩種：①降低煙氣中的含濕量或采用濕式靜電除塵技術；②采用蒸汽吹灰或吹洗裝置。

這兩種方法都存在一定缺陷：①清洗效率低、能耗高；②難以徹底清除沉積在空預器內壁上的水垢和鐵銹；③需要額外增加設備成本。針對上述問題以及國家對環保工作的要求，提出了新型空預器熱風清洗技術。該清洗技術利用空氣加熱、吹灰和蒸汽除油來清洗空預器機內結垢和積渣，將原來需要采用水煤氣洗或高壓水沖洗等方法才能完成的除垢工作轉變為自動完成的工作。該清洗技術主要適用于空預熱器結垢嚴重且采用噴吹空氣除垢難以清除時使用，具有效率高、清洗徹底、環保安全等特點。該清洗裝置由空預器本體、風管系統、吹灰系統和除油系統四部分組成。其中空預器本體包括外殼體及外殼體下段；風管系統包括風管、空氣管組和吹灰管組；吹灰系統包括空氣吹灰閥、壓縮空氣供氣閥及控制閥門等設備；除油系統包括過濾器和除油盤等設備。利用高溫熱風將清洗劑送入空預器物體內，對空預器內壁水垢進行全面高效沖刷及清潔去除；同時利用熱風將吹灰裝置產生的干燥高壓蒸汽送至清洗槽內，以清除在空預熱器內部沉積的灰垢，實現除鐵除硫等效果。

（2）空預器熱風清洗技術優缺點。優點：采用該技術路線的改造成本較低，且操作方法簡單，對空預器冷端蓄熱元件溫度的提升作用較為明顯。缺點：由于清洗熱風來自熱一次風管路，如果其本身風量就較小，則對于冷端溫度提升效果不夠，而如果熱一次風量較大，則會導致熱一次風管路風量不足，會對燃煤機組的正常運行產生較大的安全隱患。由此可以看出，對熱風抽取量的控制問題會成為影響該技術應用成效的關鍵，但出于機組運行安全性考慮，在實際生產中不建議采用該種方式。

3 結語

綜上所述，空預器堵塞是燃煤電廠十分普遍且嚴重的一個問題，空預器長時間的堵塞不僅會導致發電機組功耗增加，同時也會影響機組運行安全，如果不能及時采取對應措施緩解空預器的堵塞，將會給燃煤電廠帶來較大的財產損失。因此，只有針對空預器堵塞發生的原因進行深入的分析，并在此基礎上，結合機組運行狀況制定出科學、合理的空預器堵塞的防治策略，做到對空預器運行狀態的實時監測，才能夠確保其安全、穩定運行。