徐啟，潘萌萌，李喬喬

(華北水利水電大學(xué) 電力學(xué)院，鄭州 450045)

超臨界機(jī)組脫硝改造對(duì)空氣預(yù)熱器的影響及解決措施

徐啟，潘萌萌，李喬喬

(華北水利水電大學(xué) 電力學(xué)院，鄭州 450045)

以國內(nèi)某電廠#4超臨界機(jī)組脫硝改造為例，分析火電機(jī)組在脫硝裝置改造中對(duì)空氣預(yù)熱器產(chǎn)生的影響，并且針對(duì)這一問題提出可行的解決措施，為今后國內(nèi)同類火電機(jī)組脫硝裝置改造提供經(jīng)驗(yàn)。

超臨界機(jī)組；脫硝裝置；空氣預(yù)熱器

0 引言

近年來我國火力發(fā)電廠的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，最新頒布的GB 1323—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中NOx排放質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)從200.0 mg/m3(標(biāo)態(tài))降低為100.0 mg/m3(標(biāo)態(tài))，幾乎全國火電機(jī)組都需進(jìn)行脫硝裝置改造[1-2]。國內(nèi)有些火電廠的脫硝改造項(xiàng)目，脫硝裝置投入運(yùn)行后不久，空氣預(yù)熱器(以下簡(jiǎn)稱空預(yù)器)的堵灰和腐蝕情況就出現(xiàn)惡化，致使空預(yù)器的阻力在較短時(shí)間內(nèi)增加50%以上。探其根源，是由于選擇性催化還原技術(shù)(SCR)脫硝裝置的投運(yùn)引起空預(yù)器的煙氣成分發(fā)生了變化，導(dǎo)致空預(yù)器的堵塞機(jī)理也有所變化[3]。

1 某電廠改造情況

本文以國內(nèi)某電廠#4機(jī)組為例，該機(jī)組為東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的600 MW超臨界參數(shù)變壓直流爐，在機(jī)組投運(yùn)4年后，根據(jù)實(shí)際需要增加脫硝裝置進(jìn)行改造。脫硝系統(tǒng)采用SCR，反應(yīng)器布置在爐后除塵器進(jìn)口煙道支架上方，層高為3.8 m，節(jié)距為8.2 mm，選用蜂窩式催化劑，還原劑采用液氨。在處理100%煙氣量、鍋爐額定出力(BRL)工況下，整個(gè)系統(tǒng)按照SCR入口NOx質(zhì)量濃度為650.0 mg/m3(標(biāo)態(tài)6%含氧量、干基)，出口NOx質(zhì)量濃度為97.5 mg/m3(標(biāo)態(tài)6%含氧量、干基)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)脫硝效率不低于85%。反應(yīng)器按“2+1”模式設(shè)計(jì)布置催化劑，初裝2層。此次改造對(duì)現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容改造，但未對(duì)空預(yù)器同步進(jìn)行改造，脫硝裝置投運(yùn)后不久空預(yù)器即發(fā)生嚴(yán)重堵塞。

2 運(yùn)行概況

該機(jī)組于2012年9月7日停機(jī)，安裝脫硝裝置與機(jī)組的接口設(shè)備并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。9月21日，SCR反應(yīng)器通煙氣運(yùn)行；9月29日開始噴氨試運(yùn)行；10月1日，在450.0 MW負(fù)荷下，A空預(yù)器差壓增長至1.42 kPa，B空預(yù)器差壓增長至1.52 kPa。相比9月21日，僅10 d時(shí)間，A，B空預(yù)器的差壓漲幅就達(dá)到過去10個(gè)月差壓漲幅的2倍，空預(yù)器最大差壓達(dá)到3.10 kPa，且爐膛負(fù)壓、送風(fēng)量也隨著空預(yù)器的周期性旋轉(zhuǎn)而大幅波動(dòng)，影響鍋爐穩(wěn)定燃燒，甚至增大爐膛內(nèi)爆的可能性，嚴(yán)重威脅到鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

#4機(jī)組脫硝裝置通煙氣后，空預(yù)器差壓變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 脫硝裝置通煙氣后空預(yù)器差壓變化趨勢(shì)

為了保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，11月21日，#4機(jī)組停機(jī)，將2臺(tái)空預(yù)器蓄熱元件抽出爐外，徹底清除積灰；12月8日，機(jī)組啟動(dòng)，450.0 MW負(fù)荷下煙氣側(cè)差壓平均降低1.15 kPa，A空預(yù)器差壓從1.84 kPa降至0.91 kPa，B空預(yù)器差壓從2.37 kPa降至1.01 kPa，清灰效果顯著。

與2011年11月清灰后、機(jī)組在300.0 MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的空預(yù)器差壓波動(dòng)幅度相比，該次清灰波動(dòng)幅度明顯增大。

3 對(duì)空預(yù)器的影響

空預(yù)器差壓增長原因主要是燃煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。煤粉燃燒生成了SO2和SO3，其中絕大部分是SO2[5-6]。有研究表明，在有2～3層催化劑的SCR系統(tǒng)中，SCR出口煙氣中SO3的體積比會(huì)比入口增加約50%。根據(jù)#4機(jī)組脫硝裝置優(yōu)化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，A側(cè)脫硝反應(yīng)器入口SO3體積比為3.35 μL/L(標(biāo)態(tài))，出口SO3體積比為12.02 μL/L(標(biāo)態(tài))；B側(cè)脫硝反應(yīng)器入口SO3體積比為2.03 μL/L(標(biāo)態(tài))，出口SO3體積比為14.66 μL/L(標(biāo)態(tài))；煙氣流經(jīng)催化劑層后，SO3體積比增加了3～6倍。煙氣中的硫酸蒸汽對(duì)受熱面金屬的影響不大，但當(dāng)它在壁溫低于酸露點(diǎn)的受熱面凝結(jié)下來時(shí)，就會(huì)引起低溫腐蝕并且還會(huì)黏結(jié)煙氣中的灰粒子，加重堵灰，造成空預(yù)器堵塞，使煙道阻力增大，導(dǎo)致差壓增大。

脫硝系統(tǒng)煙氣分布不均，氨逃逸測(cè)量儀表僅反映局部區(qū)域氨逃逸情況。噴氨后，SO3遇到氨氣生成高黏性、液態(tài)的NH4HSO4，黏結(jié)在空預(yù)器的蓄熱片上，如此，不僅換熱效果下降，還會(huì)對(duì)空預(yù)器低溫段產(chǎn)生腐蝕，同時(shí)造成預(yù)熱器積灰堵塞[7]，加重壓差增大。

#4機(jī)組停止噴氨、退出脫硝反應(yīng)器運(yùn)行之后，A，B空預(yù)器差壓同時(shí)降低，原因如下。

(1)反應(yīng)器退出后，煙氣不再經(jīng)過催化劑，SO2不再向SO3轉(zhuǎn)化，空預(yù)器入口SO3體積比降低，煙氣酸露點(diǎn)降低，空預(yù)器堵塞速度減緩。

(2)停止噴氨后，不再繼續(xù)生成NH4HSO4，空預(yù)器堵塞速度減緩。

(3)提高排煙溫度后，空預(yù)器蓄熱元件變形減小，使積灰松動(dòng)；同時(shí)，空預(yù)器經(jīng)長時(shí)間強(qiáng)制吹灰后，堵塞情況有所好轉(zhuǎn)。

4 解決措施

解決脫硝裝置投運(yùn)后空預(yù)器堵塞的問題，最優(yōu)方案還是對(duì)空預(yù)器進(jìn)行改造[8]，具體措施如下：將蓄熱元件改為大通道波形；改變冷端蓄熱元件高度；對(duì)冷端蓄熱元件進(jìn)行表面處理，并輔以吹灰系統(tǒng)改造。

但是，脫硝空預(yù)器改造的工作量較大，改造前要對(duì)機(jī)組進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和空預(yù)器設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的核算，以確定改造后的蓄熱元件波形、高度和換熱面積。由于蓄熱元件的生產(chǎn)加工周期耗時(shí)較長，而且必須等機(jī)組大、小修期間方可實(shí)施空預(yù)器改造，整體改造項(xiàng)目工期需半年左右。如果在脫硝改造時(shí)沒有同步實(shí)施空預(yù)器改造，一旦出現(xiàn)空預(yù)器堵塞加重的問題，必須在保持機(jī)組運(yùn)行的情況下采取必要的運(yùn)行調(diào)整措施，在一定程度上控制空預(yù)器堵塞加重的速度。

運(yùn)行調(diào)整的基本原則如下：降低機(jī)組負(fù)荷、提高入爐煤熱值，減少煙氣中飛灰質(zhì)量濃度；降低入爐煤種硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低煙氣酸露點(diǎn)；提高排煙溫度到大于酸露點(diǎn)。

以該廠#4機(jī)組控制空預(yù)器堵塞速度為例，采取的應(yīng)對(duì)措施[9]如下。

(1)調(diào)整空預(yù)器脫硝裝置。關(guān)閉#4鍋爐A，B側(cè)噴氨手動(dòng)門，退出#4機(jī)組爐脫硝反應(yīng)器；旁路擋板先開啟3%左右，運(yùn)行10 min后，開至5%，隨后每隔10 min開啟5%，當(dāng)開度>50%后全開；關(guān)閉反應(yīng)器進(jìn)口擋板，30 min后關(guān)閉反應(yīng)器出口擋板；停運(yùn)稀釋風(fēng)機(jī)。脫硝裝置退出運(yùn)行期間，除空預(yù)器跳閘外，禁止操作脫硝旁路擋板，投運(yùn)脫硝反應(yīng)器時(shí)，要先開啟出口擋板，啟動(dòng)稀釋風(fēng)機(jī)，手動(dòng)開啟反應(yīng)器入口擋板5%左右，待催化劑溫度達(dá)標(biāo)后，再逐漸開大入口擋板，嚴(yán)格按照規(guī)程要求控制反應(yīng)器溫升。

(2)減少尾部受熱面積灰。在運(yùn)行調(diào)整期間，控制機(jī)組負(fù)荷在300.0～450.0 MW內(nèi)；爐膛吹灰頻率降為3 d1次；暫停省煤器蒸汽吹灰和聲波吹灰，減少煙氣中灰量。在爐膛和脫硝反應(yīng)器吹灰間隙，投入空預(yù)器連續(xù)吹灰，吹灰壓力設(shè)定2.5 MPa。

(3)減輕空氣預(yù)熱器低溫腐蝕。調(diào)整配煤方案，#4機(jī)組盡量上低硫、高熱值的煤種，降低煙氣中SO2和飛灰質(zhì)量濃度，降低煙氣酸露點(diǎn)。330.0 MW負(fù)荷以下時(shí)，減小B側(cè)送風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)出力，增加B側(cè)引風(fēng)機(jī)出力，使B側(cè)排煙溫度>130 ℃，在空預(yù)器電流不超過19 A及送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)不喘振的情況下，盡量將排煙溫度調(diào)整到140 ℃。若空預(yù)器電流大小超限，立即松開B空預(yù)器軸向密封增大間隙，并做好標(biāo)記，疏通結(jié)束后，再將軸向密封間隙恢復(fù)正常?？疹A(yù)器電流超過23 A應(yīng)減小兩側(cè)風(fēng)機(jī)出力偏差，檢查空預(yù)器扇形板提升裝置，避免空預(yù)器電流迅速攀升導(dǎo)致跳閘。330.0 MW負(fù)荷以上時(shí)，根據(jù)屏式過熱器、高溫過熱器出口溫度偏差情況，按上述第2條措施盡量提高排煙溫度來減輕空預(yù)器的堵灰程度。提高空氣預(yù)熱器壁溫，調(diào)整暖風(fēng)器供汽量，維持B空預(yù)器入口二次風(fēng)溫25～40 ℃，提高冷二次風(fēng)溫。

(4)控制再熱蒸汽溫度，調(diào)整再熱器煙氣調(diào)節(jié)擋板開度達(dá)到80%以上，再熱汽溫超限時(shí)投入事故減溫水。

#4機(jī)組采取以上措施1周后，空預(yù)器堵塞情況明顯好轉(zhuǎn)，A，B空預(yù)器平均差壓從2.80 kPa降低至1.71 kPa，效果良好。

5 結(jié)束語

本文以國內(nèi)某電廠#4機(jī)組為例，根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，梳理脫硝裝置投運(yùn)前后空預(yù)器堵塞的變化趨勢(shì)，從機(jī)組燃煤等自身?xiàng)l件和脫硝裝置兩方面分析原因，論證脫硝裝置對(duì)空預(yù)器的影響并提出了相應(yīng)的解決措施。針對(duì)空預(yù)器未與脫硝裝置同步進(jìn)行改造的情況，提出了相應(yīng)的運(yùn)行調(diào)整措施，經(jīng)實(shí)踐考驗(yàn)，效果良好，為類似機(jī)組的改造運(yùn)行提供了借鑒。

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(本文責(zé)編：劉炳鋒)

2016-09-02；

2017-03-09

TK 223.3

B

1674-1951(2017)04-0066-02

徐啟(1977—) ，男，河南上蔡人，副教授，工學(xué)碩士，從事動(dòng)力工程、火電廠運(yùn)行控制的研究(E-mail:13526672728@139.com)。