沈利

(浙江浙能技術研究院有限公司，浙江杭州310003)

SCR脫硝機組空預器換熱元件的選型分析

沈利

(浙江浙能技術研究院有限公司，浙江杭州310003)

硫酸氫銨的堵灰和低溫腐蝕是影響SCR脫硝機組空預器長期穩(wěn)定運行的重要因素。換熱元件的板型是空預器的關鍵部分，而相應的選型需要考慮其傳熱、阻力性能和防腐蝕這三方面的因素。著重分析了國內(nèi)5家空預器生產(chǎn)廠家的換熱元件各板型的適用范圍及特點，并在此基礎上提出在設計階段相應的選型推薦方案。鍋爐增加SCR脫硝系統(tǒng)后，它的運行將對已經(jīng)設計或改造成型后的空預器產(chǎn)生影響，因而在后期運行方面提出幾點運行管理建議及清洗要求。

SCR脫硝;空預器;換熱元件;板型;選型分析

0 引言

空預器的作用是利用廢煙氣中的大量熱能預熱進入鍋爐中的冷空氣，從而提高鍋爐效率，達到節(jié)省燃煤的作用。換熱元件的設計應保證從煙氣至換熱元件、從換熱元件至空氣最有效的換熱性能。

低溫腐蝕和堵灰是影響空預器和鍋爐長期、穩(wěn)定、高效運行的主要因素，對于SCR(Selective Catalytic Reduction)脫硝空預器尤為突出。為防止空預器在運行中發(fā)生冷端換熱元件的低溫腐蝕、酸沉積及硫酸氫銨(Ammonium bisulfate，ABS)堵灰，實際中所配套的SCR空預器冷端換熱元件需采用國外進口的鍍搪瓷換熱元件。

硫酸氫銨一般在150～200℃的溫度范圍內(nèi)易形成堵塞現(xiàn)象，而這一溫度段正好在空預器的中低溫段，這會影響空預器的阻力，并對空預器的清洗能力提出了新的要求［1－2］。針對SCR空預器會有硫酸氫銨(ABS)堵灰的現(xiàn)象，一般可根據(jù)空預器溫度場的分布來優(yōu)化冷端換熱元件的高度，使冷端酸沉積和硫酸氫銨堵灰完全處在冷端換熱元件中，以防止空預器發(fā)生異常堵灰。換熱元件是空預器的關鍵部分，因此保證其傳熱、阻力性能和防腐蝕的可靠性是極其重要的，當前電廠因脫硝改造的施行，空預器也進行升級改造，換熱元件的材質(zhì)和板型應同樣進行設計優(yōu)化后也需相應的配套改造。

1 各換熱元件板型種類及適用場合

換熱元件是回轉式空預器的核心部件，因此保證其傳熱、阻力性能和防腐蝕的可靠性是極其重要的。國內(nèi)主要的空預器生產(chǎn)家包括上海鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐(集團)、豪頓華工程有限公司和無錫巴克杜爾技術公司共5家單位。下面分別對其生產(chǎn)的空預器換熱元件的板型及適用場合進行了分析。

1.1 上海鍋爐廠有限公司

上海鍋爐廠有限公司的回轉式空預器是基于從阿爾斯通(ALSTOM)公司引進技術，具有品種多、系列全的特點，具體如表1所示［1］。

表1 換熱元件的板型和適用范圍

1.2 哈爾濱鍋爐廠有限責任公司

哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的換熱元件的板型和使用范圍如下［1］:DUN(FNC)用于不易結渣(酸性灰)煤(熱段換熱面)，油或氣燃料(全部換熱面);DN3 (DL3)用于易結渣酸性灰煤、堿性灰煤和高灰煤、油或氣燃料，有較多疏灰直通道，能大大改善元件堵灰;DU3(UNU)用于輕微結渣性灰煤、油或氣燃料; NF3.5(NF6)適用煤燃料、結細長渣或高水分煤、其他煤種冷段布置;DFC適用全部燃料，特點為高換熱、抗堵灰、易清洗，主要用于脫硝預熱器。

1.3 東方鍋爐(集團)股份有限公司

目前常用的型式主要包括DU、NF和DUF這三種，具體如下［1］:DU專門用在空預器的熱端，具有最好的熱交換性能，對于一定的熱量所需的元件量最少;NF主要用在常規(guī)空預器的冷端，一般為大波紋波形，使灰更容易排出，并可防止低溫段腐蝕，有效防止空預器的冷端堵塞;DUF針對脫硝空預器專門設計的板型，具有高換熱效率和低阻力特性，用在空預器的冷端，可有效防止硫酸氫銨的堵塞。

1.4 豪頓華工程有限公司

目前經(jīng)常使用的有5種型式的換熱元件波紋板，具體如下［1］:HS6是最簡單的一種換熱元件，換熱性能較低，目前很少使用。HS7特別適合于國內(nèi)的煤種，可以在熱端、中溫段和冷端中選用;HS8可以在熱端、中溫段和冷端中選用，也可用于鍍搪瓷換熱元件;HS9可以在熱端、中溫段和冷端中選用，是一種更開放的換熱元件，傳熱效率較HS7和HS8低，但具有較高的清洗效率;HS20可以在熱端、中溫段和冷端中選用，具有最好的傳熱性能。

1.5 無錫巴克杜爾技術有限公司

無錫巴克杜爾公司的熱交換器特別適用于空間小、傳熱效率要求高的應用場合，采用有效而可靠的清灰系統(tǒng)，使設備運行阻力維持在極低的水平。波紋板型主要包括LS型和KW(或CU)板型，其中，LS適用在煙氣－煙氣換熱器和脫硝空預器中;KW/CU只推薦應用在部分空預器熱端。

2 SCR脫硝機組空預器的技術要求

2.1 換熱元件設計或改造要求

基于上述的各空預器廠家的換熱元件板型及適用場合的分析，為有效防止脫硝對空預器帶來的影響，應對脫硝空預器的受熱面結構做如下的要求:

(1)空預器換熱元件由三段布置改為兩段，主要是使冷端涵蓋液態(tài)硫酸氫銨的生成溫度范圍，這樣就避免了在硫酸氫銨沉積區(qū)域分段、空預器分段處局部堵灰狀況的惡化造成的瓶頸［3］。

(2)鑒于換熱元件的板型影響運行阻力、換熱、磨損等指標，故空預器熱段宜采用強化換熱的板型，冷段宜采用便于吹灰疏通的板型。

對配有SCR脫硝的鍋爐空預器，冷段換熱元件高度需在所有SCR運行負荷范圍內(nèi)滿足硫酸氫銨沉積物全部沉積在冷段內(nèi)部;對采用高硫煤(含硫量大于1.5%)等的使用場合，冷段換熱元件宜使用搪瓷表面?？疹A器冷、熱段換熱元件設計優(yōu)先考慮因素表具體如下表2所示。

表2 換熱元件設計優(yōu)先考慮因素表

(3)脫硝空預器冷端換熱元件材料的選用應綜合考慮燃煤含硫量、灰硫比、SCR脫硝中SO2向SO3的轉化率等因素，以防換熱元件發(fā)生腐蝕和堵灰。

2.2 換熱元件的選型推薦

綜合分析選出適用于SCR脫硝空預器冷、熱段換熱元件的板型，如表3所示。

表3 SCR空預器換熱元件選型結果

2.3 運行管理及清洗要求

(1)控制硫酸氫銨的生成，從源頭上控制空預器的堵灰。在機組脫硝的噴氨調(diào)試時盡量使噴氨格柵分配均勻，減輕局部噴氨過量的影響。在運行中要控制氨逃逸率，不能盲目地靠增加噴氨量來提高脫硝效率［4］。

(2)加強煤質(zhì)控制，優(yōu)化設定脫硝設施停止噴氨運行的溫度;運行中嚴控空預器的壓差，并加強吹灰優(yōu)化的管理，包括吹灰方式、吹灰頻率、吹灰介質(zhì)壓力等方面。

(3)對于脫硝空預器，在冷、熱端設置蒸汽和高壓水的雙介質(zhì)吹灰器［5］。吹灰清洗模式為:蒸汽作為常吹，高壓水沖洗為在線微量沖洗。

(4)空預器在正常條件下運行只需定期吹灰，當定期吹灰無法去除換熱元件的積灰而保持換熱元件的潔凈，則應分析原因。

(5)利用機組停運機會對空預器進行清洗也是保持換熱元件清潔和高效換熱的有效方式。

3 結語

(1)空預器的板型選用應考慮傳熱性能、防堵性能與防腐蝕性能。熱段宜優(yōu)先考慮傳熱性能，冷段宜優(yōu)先考慮防堵性能，針對不同的空預器，應在設計階段(或改造前)選用適宜的換熱元件板型。

(2)SCR空預器冷段換熱元件材料的選用應綜合考慮燃煤含硫量、灰硫比等因素，并同時結合換熱元件板型的選型，以防SCR空預器換熱元件發(fā)生腐蝕和堵灰。

(3)鍍搪瓷換熱元件是防止空預器換熱元件低溫段堵灰的有力措施。先進的鍍搪工藝所帶來的搪瓷層的高耐腐蝕性，是鍍搪元件壽命的保證，尤其是在脫硝空預器低溫酸蝕的環(huán)境當中。

(4)保證脫硝空預器換熱元件的清潔，定期除灰是最有效的手段。鍋爐增加SCR脫硝系統(tǒng)后，為能夠有效清洗空預器換熱元件的受熱面，應在空預器冷、熱端配置蒸汽和高壓水的雙介質(zhì)吹灰器。

［1］中國華電工程(集團)有限公司，上海發(fā)電設備成套設計研究院.煙風與煤粉制備系統(tǒng)設備(大型火電設備手冊)［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］鐘禮金，宋玉寶.鍋爐SCR煙氣脫硝空預器堵塞原因及其解決措施［J］.熱力發(fā)電，2012，41(8):45－48.

［3］西安熱工研究院.火電廠SCR煙氣脫硝技術［M］.北京:中國電力出版社，2013.

［4］尹進.1000MW超超臨界機組同步脫硝空預器優(yōu)化［J］.科技視界，2011(25):87－89.

［5］馬雙忱，金鑫，孫云雪，等.SCR煙氣脫硝過程硫酸氫銨的生成機理與控制［J］.熱力發(fā)電，2010，39(8):12－17.

Selection analysis on template of air pre－h(huán)eater for Selective Catalytic Reduction denitration units

Ash fouling from ammonium bisulfate and low temperature corrosion is an important factor which air pre－h(huán)eater is in long－term and stable motion for Selective Catalytic Reduction Denitration Units.Template of heat exchange element is key component for air pre－h(huán)eater，and performance of heat transfer、resistance and anticorrosion is taken into account for selection of air pre－h(huán)eater.Scope of application and characteristic for various templates of heat exchange element in the five domestic manufacturers of air pre－h(huán)eater are emphatically analyzed in this article，after that，schemes of selection are put forward in the design stage.SCR denitration device is installed in boilers，which will influence on air pre－h(huán)eater that has been designed or reformed，therefore several management recommendations and cleaning requirements are put forward.

SCR denitration;air pre－h(huán)eater;heat exchange element;template;selection analysis

TK226

B

1674－8069(2016)026－03

2015-11-16;

2016-01-23

沈利(1985-)，男，浙江臺州人，碩士，工程師，主要從事鍋爐燃燒優(yōu)化、熱力試驗與節(jié)能改造工作。E－mail:shenli0001@ 163.com