劉宏衛(wèi), 吳紅波, 李迎春, 李豐泉

(1. 內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院， 呼和浩特 010020; 2. 內(nèi)蒙古京寧熱電有限公司， 內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000)

選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)是在適當(dāng)?shù)臏囟群痛呋瘎l件下，利用還原劑(氨水或者尿素)有選擇地將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)換為N2和水的有效脫硝方式之一。絕多大數(shù)催化劑的工作溫度為300～400 ℃，在SCR脫硝過程中，V2O5作為催化劑的有效成分，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，在還原NOx的同時，也使得煙氣中部分SO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%～1.5%)轉(zhuǎn)化為SO3。目前，在超低排放的環(huán)保要求下，火電廠SCR脫硝裝置的氨逃逸無法避免，容易使SCR脫硝過程中未完全反應(yīng)的NH3與SO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸氫銨。硫酸氫銨具有很強(qiáng)的黏性，易沉積在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的冷端，吸附煙氣中的飛灰，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出現(xiàn)了嚴(yán)重的堵灰現(xiàn)象，增加了空氣預(yù)熱器的傳熱熱阻，降低傳熱效率，使鍋爐排煙溫度升高；同時導(dǎo)致空氣預(yù)熱器煙氣和空氣阻力增大，增加風(fēng)機(jī)電耗，可能還會引起風(fēng)機(jī)振動，甚至導(dǎo)致機(jī)組被迫限負(fù)荷運(yùn)行。此外，硫酸氫銨具有一定的腐蝕性，威脅機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。受國家產(chǎn)業(yè)政策影響，為了消納新能源，傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組長周期低負(fù)荷運(yùn)行可能成為一種常態(tài)，低負(fù)荷下SCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)口煙氣溫度低于脫硝催化劑最低工作溫度，氨逃逸進(jìn)一步增加，使得空氣預(yù)熱器堵塞幾乎無法避免。因此，空氣預(yù)熱器堵灰問題成為超低排放環(huán)境下整個火電行業(yè)必須著手解決的問題[1]。

國內(nèi)眾多學(xué)者對硫酸氫銨形成機(jī)理及影響因素進(jìn)行了深入研究，取得了一定的研究成果，對于發(fā)電企業(yè)解決空氣預(yù)熱器堵灰具有一定的工程應(yīng)用價值。筆者根據(jù)硫酸氫銨的物理特性，結(jié)合某電廠超臨界燃煤供熱機(jī)組實際情況，提出煙氣升溫法以減輕空氣預(yù)熱器堵塞的現(xiàn)象，取得了顯著的效果。

1 設(shè)備概況

某供熱機(jī)組工程建設(shè)2臺350 MW超臨界燃煤供熱機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置。鍋爐型號為B&WB-1221/25.4-M，超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、緊身封閉的П形鍋爐，鍋爐設(shè)有無循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動系統(tǒng)。

1.1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

1.2 煤質(zhì)分析及灰分參數(shù)

煤質(zhì)分析及灰分參數(shù)見表2。

表2 煤質(zhì)分析及灰分參數(shù)

1.3 空氣預(yù)熱器主要技術(shù)參數(shù)

2臺空氣預(yù)熱器型號為31-VI(T)-2400-QMR，轉(zhuǎn)子直徑為12 636 mm，轉(zhuǎn)速為0.9 r/min，煙氣向下，空氣向上，旋轉(zhuǎn)方向為煙氣側(cè)至一次風(fēng)側(cè)至二次風(fēng)側(cè)，主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 空氣預(yù)熱器主要技術(shù)參數(shù)

2 空氣預(yù)熱器堵塞機(jī)理及運(yùn)行現(xiàn)狀

2.1 堵塞機(jī)理

煙氣溫度在230 ℃以下，SO3與逃逸的氨反應(yīng)生產(chǎn)硫酸銨和硫酸氫銨。硫酸氫銨熔點(diǎn)為147 ℃，沸點(diǎn)為350 ℃。143～398 ℃是空氣預(yù)熱器工作溫度，硫酸氫銨在該溫度區(qū)間恰好為氣態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)化區(qū)。該溫度區(qū)間內(nèi)硫酸氫銨黏性極強(qiáng)，容易吸附煙氣中的飛灰，沉積在波形板表面。

2.2 運(yùn)行現(xiàn)狀

超低排放模式運(yùn)行狀態(tài)下，該電廠空氣預(yù)熱器堵塞情況見圖1。

圖1 空氣預(yù)熱器堵塞現(xiàn)狀

3 升溫法清除硫酸氫銨

3.1 理論依據(jù)

華北電力大學(xué)馬雙忱等[2-3]通過熱重分析法，發(fā)現(xiàn)硫酸氫銨的開始揮發(fā)溫度為173.3 ℃，323 ℃以上開始大量揮發(fā)。硫酸氫銨的分解反應(yīng)式為：

(1)

空氣預(yù)熱器熱端蓄熱元件的材質(zhì)一般為冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，能承受的溫度?20 ℃，冷端表面鍍搪瓷，可承受300 ℃以上溫度，只要控制蓄熱元件溫度變化不大于0.5 K/min,空氣預(yù)熱器升溫對冷、熱端蓄熱元件無影響。

3.2 準(zhǔn)備工作及操作方法

3.2.1 準(zhǔn)備工作

(1) 控制鍋爐總風(fēng)體積流量1 100～1 600 km3/h,負(fù)荷上限設(shè)定為175 MW。

(2) 1號、2號、3號制粉系統(tǒng)運(yùn)行，根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整磨煤機(jī)運(yùn)行數(shù)量和組合方式。

(3) 燃油系統(tǒng)(等離子助燃系統(tǒng))可靠備用，提前試驗微油或者等離子助燃系統(tǒng)。

(4) 就地空氣預(yù)熱器輔電動機(jī)處準(zhǔn)備空氣預(yù)熱器盤車手柄，氣動馬達(dá)系統(tǒng)正常投運(yùn)。

(5) 聯(lián)系熱工人員強(qiáng)制送風(fēng)機(jī)跳閘聯(lián)鎖停止引風(fēng)機(jī)邏輯。

(6) 空氣預(yù)熱器升溫前，將甲空氣預(yù)熱器冷端扇形板做好標(biāo)記提升2～4 mm，預(yù)防升溫時空氣預(yù)熱器變形發(fā)生卡澀現(xiàn)象，升溫結(jié)束后將扇形板落回至原位[4]。

3.2.2 操作方法

(1) 關(guān)閉空氣預(yù)熱器進(jìn)口二次風(fēng)管道聯(lián)絡(luò)門，調(diào)整爐膛負(fù)壓和氧量至正常，逐漸增加乙二次風(fēng)機(jī)出力，同時逐漸減小甲二次風(fēng)機(jī)出力，保持總風(fēng)量不變。

(2) 工況穩(wěn)定后，逐漸關(guān)閉甲二次風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)整擋板，觀察甲側(cè)排煙溫度變化速率不高于5 K/h,考慮布袋除塵器安全甲側(cè)排煙溫度全程不能超過190 ℃，保持30 min。

(3) 就地檢查空氣預(yù)熱器電動機(jī)電流正常，本體無異音，尾部煙道不振動，否則停止試驗。

(4) 觀察甲空氣預(yù)熱器壓差變化，如無異常維持該工況運(yùn)行。

(5) 壓差降至預(yù)定目標(biāo)后，恢復(fù)甲二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況。

4 試驗結(jié)果分析

不同負(fù)荷工況下煙氣升溫前后空氣預(yù)熱器壓差、排煙溫度、引風(fēng)機(jī)電流及一次風(fēng)機(jī)電流對比結(jié)果見圖2～圖5。從圖2可以看出：不同負(fù)荷工況下，升溫后的空氣預(yù)熱器壓差比升溫前均有所降低，其中75%額定負(fù)荷下，升溫前后壓差變化為0.78 kPa。這充分說明采用煙氣升溫法雖然不能完全消除空氣預(yù)熱器堵灰，但是可以緩解堵灰現(xiàn)象。從圖3可以看出：不同負(fù)荷工況下升溫后的排煙溫度均比升溫前有所降低?？諝忸A(yù)熱器堵灰緩解后，與煙氣換熱增強(qiáng)，因此排煙溫度下降。75%額定負(fù)荷下，升溫前后排煙溫度變化最大。從圖4和圖5可以看出：升溫后引風(fēng)機(jī)電流和一次風(fēng)機(jī)電流均有所下降。

圖2 不同負(fù)荷下空氣預(yù)熱器升溫前后空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)差壓對比

圖3 不同負(fù)荷下空氣預(yù)熱器升溫前后排煙溫度對比

圖4 不同負(fù)荷下空氣預(yù)熱器升溫前后引風(fēng)機(jī)電流對比

圖5 不同負(fù)荷下空氣預(yù)熱器升溫前后一次風(fēng)機(jī)電流對比

5 風(fēng)險點(diǎn)控制

(1) 由于升溫后的煙氣溫度較設(shè)計排煙溫度高很多，對于飛灰C含量或者CO含量較高的機(jī)組而言，應(yīng)做好防止尾部煙道二次燃燒的措施。

(2) 控制空氣預(yù)熱器的升溫速率，防止由于膨脹不均造成空氣預(yù)熱器卡澀。

(3) 試驗過程中，煙道阻力特性發(fā)生變化，調(diào)整風(fēng)機(jī)的過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，防止負(fù)壓大幅波動，導(dǎo)致鍋爐滅火；重點(diǎn)監(jiān)視引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，防止風(fēng)機(jī)搶風(fēng)或振動。

(4) 空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度在180 ℃以上時，密切關(guān)注空氣預(yù)熱器及尾部煙道各項參數(shù)，出現(xiàn)異常立即停止操作，防止空氣預(yù)熱器發(fā)生二次燃燒。

(5) 如出現(xiàn)空氣預(yù)熱器跳閘后無法啟動，啟動空氣預(yù)熱器輔電動機(jī)，電流正常后切至主電動機(jī)，否則立即就地手動盤車。

6 經(jīng)濟(jì)性分析

以該350 MW機(jī)組為例，主要假設(shè)條件見表4。

表4 經(jīng)濟(jì)性分析假設(shè)條件

空氣預(yù)熱器堵灰導(dǎo)致機(jī)組送、引、一次風(fēng)機(jī)多耗電，排煙溫度升高，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降。

風(fēng)機(jī)電流下降可節(jié)約的電量W[5]為：

(2)

式中：cosφ為功率因數(shù)。

風(fēng)機(jī)電流下降可節(jié)約標(biāo)煤耗Δb0為：

Δb0=WBN/Hly

(3)

排煙溫度下降15 K,可以提高鍋爐效率1%。由表4可以看出經(jīng)過煙氣升溫法后，鍋爐排煙溫度降低10 K，則鍋爐效率提高0.67%，節(jié)約的標(biāo)煤耗Δb1為：

Δb1=B·0.67%

(4)

節(jié)約總標(biāo)煤耗Δb為：

Δb=Δb0+Δb1

(5)

年節(jié)約標(biāo)煤總質(zhì)量M為：

M=Δb·N·Hly

(6)

節(jié)煤帶來的經(jīng)濟(jì)效益P為：

P=Mk

(7)

將表4數(shù)據(jù)代入式(2)～(7)可計算得出該350 MW機(jī)組風(fēng)機(jī)電流下降可節(jié)約的電量為716.73萬kW·h、節(jié)約標(biāo)煤耗1.79 g/(kW·h)，排煙溫度降低可節(jié)約的標(biāo)煤耗為2.14 g/(kW·h)，年節(jié)約標(biāo)煤5 502 t，節(jié)煤帶來的經(jīng)濟(jì)效益為412.62萬元。

7 結(jié)語

采用煙氣升溫法對空氣預(yù)熱器堵灰進(jìn)行清除，獲得了較好效果，可為其他電廠解決空氣預(yù)熱器堵灰問題提供參考。煙氣升溫法與其他治理方法(沖洗法和熱風(fēng)再循環(huán)法)相比，不需要增加新系統(tǒng)設(shè)備，節(jié)約運(yùn)行成本；不需要停爐拆除空氣預(yù)熱器，減少檢修工作量；節(jié)約時間，經(jīng)濟(jì)適用，有廣泛的推廣意義。