熱電廠硫酸氫氨造成空預(yù)器堵塞問題成因及解決方法

本方法從熱二次風(fēng)再循環(huán)、脫硝煙氣旁路、送引風(fēng)機(jī)協(xié)同調(diào)整，提高排煙溫度，整體提高空預(yù)器運(yùn)行溫度，同時通過低省控制空預(yù)器出口溫度，減少對電除塵及后續(xù)設(shè)備影響，通過具體實踐克服了空預(yù)期電流波動，爐膛氣溫偏差，電除塵入口煙溫過高等難題。有效了遏制并控制了硫酸氫銨堵塞的發(fā)展趨勢，保證了機(jī)組長時間運(yùn)行后帶負(fù)荷能力。

1　概述

對于SCR法煙氣脫硝，氨氣和NOX不能能全部混合，逃逸是不可避免的，當(dāng)逃逸率超標(biāo)時氨氣與三氧化硫反應(yīng)生成硫酸氫銨堵塞空預(yù)器。硫酸氫銨因其特殊物理性質(zhì)，極易吸附并粘結(jié)在空預(yù)器換熱元件上，常規(guī)的蒸汽吹灰和激波吹灰難以去除。

目前解決辦法有在線高壓水沖洗，由于在機(jī)組運(yùn)行期間進(jìn)行沖洗，對空預(yù)器及其后電除塵安全有較大影響，極易發(fā)生空預(yù)器電流波動大而跳閘，有較大安全風(fēng)險，對設(shè)備和機(jī)組工況要求較為苛刻，在公司#4爐運(yùn)行期間曾進(jìn)行過實驗，空預(yù)器曾發(fā)生電流波動超過額定值，壓差減小效果不明顯而未繼續(xù)實施。

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司的2臺630MW——HG-1900/25.4-YM4型鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司利用英國三井巴布科克能源公司(MB)的技術(shù)支持，進(jìn)行設(shè)計、制造的。鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的本生(Benson)直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、π型布置。鍋爐島為露天布置。

鍋爐燃用義馬和三門峽當(dāng)?shù)鼗烀?、常村煤及銅川煤。30只低NOX軸向旋流燃燒器(LNASB)采用前后墻布置、對沖燃燒，6臺ZGM113N中速磨煤機(jī)配正壓直吹制粉系統(tǒng)。

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司2臺630MW鍋爐于2014年完成脫硝改造，Z初設(shè)計排放值為小于200mg/Nm³。采用的選擇性催化還原法SCR脫硝工藝，SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間，設(shè)計有三層催化劑層，要求運(yùn)行溫度在300℃-400℃范圍，針對鍋爐低負(fù)荷及深度調(diào)峰情況SCR入口煙溫不到300℃問題，脫硝入口設(shè)計煙氣旁路，鍋爐水平煙道后部引出高溫?zé)煔膺M(jìn)入SCR入口與原煙氣混合后，保證SCR脫硝反應(yīng)溫度在設(shè)計范圍內(nèi)。

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑采用液氨，II期2臺鍋爐的脫硝系統(tǒng)共用一個還原劑儲存與供應(yīng)系統(tǒng)，在脫硝反應(yīng)器進(jìn)、出口安裝實時監(jiān)測裝置，具有就地和遠(yuǎn)方監(jiān)測顯示功能，監(jiān)測的項目包括：進(jìn)出口NOX、煙氣流量、煙氣溫度、O2、NH3逃逸、差壓等。

針對硫酸氫銨堵塞問題，空預(yù)器更換兩段式換熱元件，中溫段和低溫段一體化，但#4機(jī)組改造后運(yùn)行一段時期后，空預(yù)期堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓已到極限值，爐膛負(fù)壓大幅波動  。2015年根據(jù)河南省政府藍(lán)天行動文件要求，河南省內(nèi)所有火電機(jī)組必須逐步達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

#4機(jī)組在2015年12月份完成超凈排放改造后，為了控制出口不超過50mg，  必然會加大噴氨量來控制排放。硫酸氫銨堵塞的問題進(jìn)一步嚴(yán)重。在機(jī)組啟動運(yùn)行僅36天后，就出現(xiàn)了空預(yù)器壓差急速增大，爐膛負(fù)壓波動，日常性的蒸汽和激波吹灰不能遏制空預(yù)期壓差發(fā)展。

2016.3.12.#4機(jī)組啟動后第36天，#4B空預(yù)器壓差情況，Z大值4.6Kpa。

2　硫酸氫氨生成原理及危害

硫酸氫氨的生成作為選擇性催化還原法SCR脫硝的副反應(yīng)，與煤種硫份和SCR未反應(yīng)完全逃逸到煙氣中NH3有直接關(guān)系。

通常情況硫酸氫氨露點為147℃，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到此溫度時，硫酸氫氨以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散在煙氣中，硫酸氫氨是一種粘性很強(qiáng)的物質(zhì)，極易粘附在物體上難以去除，而且有較強(qiáng)的吸潮性，當(dāng)溫度繼續(xù)升高至250℃以上，硫酸硫酸氫氨由液態(tài)升華為氣態(tài)。

鍋爐空預(yù)器運(yùn)行溫度梯度一般在120℃-300℃，硫酸氫氨的物理性質(zhì)和決定隨著煙氣溫度在空預(yù)器中大幅降低在空預(yù)器中低溫區(qū)域沉積，未沉積的硫酸氫氨吸附在煙氣中煙塵轉(zhuǎn)換為固態(tài)，在電除塵中進(jìn)行除去。

防止硫酸氫氨的生成主要有控制氨逃逸率和降低入爐煤硫份。鍋爐運(yùn)行中氨逃逸超標(biāo)的主要原因有以下幾種，一是脫硝煙氣流場不均勻，造成局部噴氨量過大引起逃逸;二是脫硝噴嘴未針對煙氣流場進(jìn)行調(diào)整，造成NH3濃度場分布不均;三是對氨逃逸率監(jiān)視手段有限;四是空預(yù)器堵塞后，煙氣量減少、排煙溫度降低擴(kuò)大了硫酸氫氨的沉積區(qū)域;五是機(jī)組一直低負(fù)荷運(yùn)行排煙溫度偏低，也擴(kuò)大了硫酸氫氨的沉積區(qū)域;六是機(jī)組負(fù)荷波動頻繁，NOX生成隨負(fù)荷變化而變化，噴氨調(diào)節(jié)存在一定的滯后性，造成過噴現(xiàn)象。

硫酸氫氨沉積在空預(yù)器中，造成空預(yù)器堵塞，對鍋爐安全運(yùn)行有極大的危害：一是由于兩臺空預(yù)器阻力不同，造成低負(fù)荷、低煙氣量時引風(fēng)機(jī)發(fā)生搶風(fēng)現(xiàn)象，造成爐膛負(fù)壓大幅波動，危及機(jī)組安全運(yùn)行;;二是由于空預(yù)器的堵塞不均勻，引起一、二次風(fēng)壓和爐膛負(fù)壓周期性波動;三是空預(yù)器阻力增大后風(fēng)煙系統(tǒng)電耗增大;四是空預(yù)器堵塞后阻力增大，局部煙氣流速變快，空預(yù)器蓄熱元件磨損加劇，嚴(yán)重時會造成蓄熱元件損壞;五是空預(yù)器堵塞造成煙氣系統(tǒng)阻力增大，引風(fēng)機(jī)出力無法滿足機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，造成機(jī)組限出力;六是Z終很可能由于空預(yù)器堵塞機(jī)組被迫停運(yùn)檢修。

3　解決硫酸氫氨造成空預(yù)器堵塞問題原理及方法

3.1 解決思路

針對硫酸氫銨的物理性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)根據(jù)溫度不同，呈現(xiàn)不同的物理狀態(tài)，在147℃以下，呈現(xiàn)堅固的固態(tài);在147℃-250℃范圍內(nèi)，呈現(xiàn)稱嚴(yán)重的鼻涕狀態(tài)，常規(guī)的蒸汽吹灰和激波吹灰難以去除，在250℃以上升華。由于空預(yù)器溫度梯度變化從320℃-120℃之間，這使得極易吸附并粘結(jié)沉積在空預(yù)器換熱元件中部。

由于這種相變在短時間是可逆的，因此提高運(yùn)行溫度，改變沉積區(qū)域，對已經(jīng)沉積在受熱面的硫酸氫銨再溶解升華，改變其沉積區(qū)域，盡量使其粘在灰上，而在下部空預(yù)器元件為一體化，不利于硫酸氫氨的粘結(jié)，隨著煙氣冷卻，硫酸氫銨固化并隨煙塵早電除塵除去。針對硫酸氫銨掛灰主要兩段之間部位，提高溫度使得過程后移，而后面條件不利于沉積在受熱面上，所以進(jìn)行了去除。

3.2 提高煙溫治理硫酸氫銨堵塞可行性分析

提高煙溫會來造成空預(yù)器整體運(yùn)行溫度區(qū)間的改變，空預(yù)器工作溫度從原來的350℃-120℃(煙氣側(cè))，預(yù)計將會提升到380℃-230℃，之后各個運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行溫度均會發(fā)生改變，因此煙溫改變后設(shè)備是否能安全運(yùn)行，直接關(guān)系到治理方案是否可行。

(1)設(shè)備安全運(yùn)行溫度極限考察，確定提高煙溫的邊界條件。

通過查閱空預(yù)器說明書、低溫省煤器、電除塵、引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔運(yùn)行說明書，空預(yù)器蓄熱片為普通碳鋼變形溫度為420℃，表面噴涂陶瓷的冷端蓄熱元件爆瓷溫度在300℃以上，因此升溫對蓄熱片無影響;電除塵內(nèi)部主要有陽極、陰極、電極瓷瓶等，沒有對煙溫有特別要求材料，但電極瓷瓶耐受溫度可能是制約點，為了防止瓷瓶出現(xiàn)裂紋，以歷史運(yùn)行經(jīng)驗表明，溫度在160℃無影響;引風(fēng)機(jī)根據(jù)廠家提供的資料，葉片為合金鋼銑制而成，提升到180℃溫度后不會有影響，但應(yīng)加強(qiáng)對引風(fēng)機(jī)軸承溫度監(jiān)視;脫硫吸收塔內(nèi)除霧器為塑料材質(zhì)，對煙溫有明確要求，要求吸收塔煙氣入口溫度不大于160℃。

鍋爐低溫省煤器為降低電除塵及脫硫吸收塔煙溫提供了解決途徑，鍋爐通過低溫省煤器能大幅降低空預(yù)器后煙溫，保證其后設(shè)備在安全溫度下運(yùn)行。

(2)溫度提高后設(shè)備變形量增加，引發(fā)動靜摩擦或損壞。

溫度提升后，主要是考慮空預(yù)器膨脹問題?？疹A(yù)器轉(zhuǎn)子按半徑6m，高度4m計算，根據(jù)不銹鋼膨脹系數(shù)，冷端端徑向溫升150℃計算，冷端變形量10.8mm，軸向平均溫升較小，按100℃極端，軸向變形量在4.4  mm，詢問鍋爐專業(yè)空預(yù)器間隙調(diào)整的余量，經(jīng)過計算此形變在空預(yù)器軟性密封的允許范圍之內(nèi)。

(3)提高煙溫手段及余量分析。

因為空預(yù)器入口煙溫是在350℃，因此適當(dāng)減少空預(yù)器冷二次風(fēng)、一次風(fēng)量，就能達(dá)到提高煙溫至250℃要求。查閱煙氣比熱容，密度，煙氣流量，一次風(fēng)量，二次風(fēng)量，換熱效率進(jìn)行估算。經(jīng)過計算70%鍋爐負(fù)荷，將煙氣量、送風(fēng)量、一次風(fēng)量進(jìn)行如下調(diào)整，就能滿足出口煙溫調(diào)整要求。

以提高鍋爐A側(cè)空預(yù)器出口煙溫為例，鍋爐A側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)調(diào)整為BMCR  40%煙氣量，BMCR25%(送風(fēng)量+一次風(fēng)量)，B側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)調(diào)整為BMCR  30%煙氣量BMCR45%(送風(fēng)量+一次風(fēng)量)，在就能滿足。考慮到鍋爐還布置了熱二次風(fēng)再循環(huán)、脫硝煙氣旁路，因此還有較大調(diào)整余量。

通過以上設(shè)備運(yùn)行情況考察，風(fēng)機(jī)出力分析。認(rèn)為過考察熱二次風(fēng)再循環(huán)、脫硝煙氣旁路、送引風(fēng)機(jī)協(xié)同調(diào)整，提高排煙溫度，整體提高空預(yù)器運(yùn)行溫度。在70%鍋爐負(fù)荷，僅通過風(fēng)機(jī)與低省配合就能滿足煙溫需要，并且低省后煙溫滿足安全運(yùn)行需要。因此從方案可行，公司現(xiàn)場具備提高煙溫進(jìn)行治理條件。

4　現(xiàn)場治理方案實施及效果

2016年03月18日  ，由于#4B空預(yù)器壓差較大，在進(jìn)了充分準(zhǔn)備情況下，進(jìn)行了#4B空預(yù)器升溫試驗。機(jī)組帶70%負(fù)荷，緩慢增大#4B側(cè)引風(fēng)機(jī)出力，降低#4B送風(fēng)機(jī)出力，同時開啟#4爐送風(fēng)機(jī)B側(cè)熱風(fēng)再循環(huán)，開啟SCR去B側(cè)煙氣旁路擋板提高B側(cè)空預(yù)器入口溫度。Z終B側(cè)送風(fēng)機(jī)動調(diào)開度降至30%維持。

#4B側(cè)空預(yù)器排煙溫度達(dá)180℃左右，經(jīng)過2小時候時其阻力開始降低，Z終排煙溫度升高到230℃，考慮到空預(yù)器冷端漏風(fēng)的影響，空預(yù)器冷端蓄熱片的底部應(yīng)該達(dá)到了250℃，在此溫度下硫酸氫氨基本全部氣化，空預(yù)器阻力大幅降低。B側(cè)低溫省煤器全程投入，兩組換熱器流量調(diào)整至300t/h，有效的把電除塵入口煙溫降至158℃，滿足其后設(shè)備安全運(yùn)行。

空預(yù)器升溫過程中的危險點及注意事項：

一是控制好升溫速率，防止由于膨脹不均造成卡澀;二是投入空預(yù)器冷端吹灰連續(xù)運(yùn)行，加強(qiáng)引風(fēng)機(jī)軸承溫度監(jiān)視;三是緩慢調(diào)整參數(shù)，防止煙溫過調(diào)超限危害電除塵、脫硫吸收塔設(shè)備安全;四是提高凝結(jié)水壓力，保證低溫省煤器大流量運(yùn)行，有效降低空預(yù)器后煙溫;五是加強(qiáng)另一側(cè)風(fēng)機(jī)參數(shù)監(jiān)視，防止過負(fù)荷;六是兩側(cè)空預(yù)器運(yùn)行工況差別大，主要對鍋爐壁溫、主再熱?溫影響，防止單側(cè)參數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)。

5　結(jié)語

通過實踐檢驗，證明硫酸氫銨在煙溫提升后確實按預(yù)想進(jìn)行了升華，壓差出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)，而空預(yù)器及后設(shè)備主要參數(shù)未有影響，從而驗證此項技術(shù)可靠、安全、有效，值得推廣。另外由于堵塞時間較長，通過此次實踐發(fā)現(xiàn)部分硫酸氫銨沉積發(fā)生不可逆逆轉(zhuǎn)，建議出現(xiàn)堵塞后盡快治理，若有硫酸氫銨沉積可通過長時間多次在線治理來逐步改善和解決此問題。

（來源：化工設(shè)備與機(jī)械）