龔超，武天明，冉燊銘，廖光東，李清明

（1.清潔燃燒與煙氣凈化四川省重點實驗室，四川 成都 611731；2.東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司，四川 自貢 643001；3.重慶旗能電鋁有限公司，重慶 401420）

0 引言

回轉式預熱器是大型燃煤鍋爐的主要設備之一。隨著國家節(jié)能環(huán)保政策趨嚴，一方面從節(jié)能方面要求鍋爐有更高的效率，降低排煙溫度是提高鍋爐效率的措施之一，該措施造成回轉式預熱器面臨更低的煙氣溫度及壁溫；另一方面從環(huán)保方面要求鍋爐有更低的污染物排放，其中之一就是更低的NOx排放，大型燃煤鍋爐常采用選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）技術降低NOx排放，而SCR 技術隨著催化劑活性的下降，脫硝效率降低，為了滿足國家排放政策要求，電廠常通過過量的噴氨來降低NOx排放，受噴氨均勻性及氨逃逸等影響，SCR 出口有過量未發(fā)生反應的NH3逃逸至下游的回轉式預熱器中［1］。

在鍋爐燃用高硫煤時，回轉式預熱器冷端換熱元件壁溫較低易發(fā)生低溫腐蝕，同時回轉式預熱器中煙氣的SO3、SCR 逃逸的NH3及水蒸氣在溫度降低時發(fā)生化學反應生成硫酸氫氨，易冷凝沉積在換熱元件表面，極易吸附煙氣中的飛灰顆粒?；剞D式預熱器的運行煙溫區(qū)間正好處于硫酸氫銨的生成區(qū)域，極易發(fā)生硫酸氫銨沉積并跨層，跨層后極難通過吹灰器吹掉，從而引起回轉式預熱器的堵塞［2-3］。對于燃用高硫無煙煤的W 型火焰鍋爐，此問題愈發(fā)嚴重。部分鍋爐出現(xiàn)了回轉式預熱器硫酸氫氨堵塞之后排煙溫度大幅升高，煙風阻力急劇增大問題，甚至影響鍋爐出力。

1 技術現(xiàn)狀

在防治回轉式預熱器冷端低溫腐蝕方面，主要有熱風再循環(huán)技術、增設暖風器技術，這兩種技術可以提高回轉式預熱器進風溫度，進而提高回轉式預熱器冷端綜合溫度。冷端采用耐腐蝕材料，也可有效預防預熱器冷端低溫腐蝕。

在防治回轉式預熱器硫酸氫氨堵塞方面，有不同的解決思路。

從控制硫酸氫氨的生成角度考慮，可以通過爐內(nèi)低氮燃燒技術控制NOx生成，減少SCR 中噴氨量。可以通過優(yōu)化流場、全斷面精準噴氨、控制氨逃逸，減少回轉式預熱器中硫酸氫氨生成量［2-4］。采用此種技術措施，可以從根源上減少硫酸氫氨生成量，但不能避免硫酸氫氨的生成，尤其對于燃用高硫無煙煤的W 型火焰鍋爐，其原始NOx排放及煙氣中的SO3含量均較高，更難控制硫酸氫氨的生成。

從回轉式預熱器本身結構考慮，避免硫酸氫氨跨層沉積，可以通過加高預熱器冷端換熱元件高度，使硫酸氫氨僅沉積在冷端元件上，避免跨層沉積。可以采用分級預熱器，使硫酸氫氨最大限度地沉積在低溫級預熱器［5］。

從提高回轉式預熱器冷端綜合溫度方面考慮，目前應用較多的為增設暖風器，暖風器一般與低溫省煤器聯(lián)合使用，但低溫省煤器運行環(huán)境溫度較低，易發(fā)生硫酸低溫腐蝕和煙氣磨損，進而發(fā)生低溫省煤器受熱面泄漏［6］。

從硫酸氫氨生成后有效清除方面考慮，目前有電廠采用單側空預器升溫法［7］，使沉積在回轉式預熱器換熱元件上的硫酸氫氨再次揮發(fā)。

2 問題分析及應對措施

2.1 問題分析

2.1.1 低溫腐蝕機理

露點溫度是低溫腐蝕的一個關鍵指標，由于燃煤鍋爐煙氣中存在SO3和水蒸氣，當煙氣溫度過低時，煙氣中的SO3和水蒸氣生成硫酸，當煙氣中硫酸蒸汽凝結速率和硫酸液滴的蒸發(fā)速率相等時對應的煙氣溫度為酸露點溫度。

當煙氣溫度低于酸露點溫度時，硫酸呈液滴狀，并對換熱元件的金屬壁面產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象［8］。

2.1.2 硫酸氫氨生成機理

硫酸氫銨的生成與煙氣中的NH3和SO3密切相關，SO3主要來自鍋爐燃燒生成及SO2的氧化，NH3主要來自SCR脫硝過程中逃逸的氨。

硫酸氫氨在不同的溫度下分別呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、顆粒狀。對于燃煤鍋爐，煙氣中飛灰含量較高，液態(tài)硫酸氫氨捕捉飛灰能力極強，會與煙氣中的飛灰粒子相結合，附著于預熱器傳熱元件或低溫省煤器受熱面上形成融鹽狀的積灰，造成預熱器或低溫省煤器的腐蝕、堵灰等［9-10］。

2.2 應對措施

根據(jù)問題原因分析，提出一種回轉式預熱器耦合管式預熱器解決低溫腐蝕及硫酸氫氨堵塞問題的技術措施。

在回轉式預熱器之后的煙道中設置管式預熱器，通過管式預熱器對回轉式預熱器進口的冷風進行加熱，從而提高回轉式預熱器進口風溫，提升回轉式預熱器的抗腐蝕及防硫酸氫氨堵塞能力，減緩硫酸氫氨在回轉式冷端元件上的沉積速率。在回轉式預熱器設計時，通過合理的元件高度設計，使硫酸氫氨最大限度地在回轉式預熱器的冷端換熱元件生成，然后可通過在線吹灰的方式清除冷端元件上生成的硫酸氫氨。此技術流程示意見圖1。

圖1 回轉式預熱器耦合管式預熱器換熱系統(tǒng)

位于回轉式預熱器下游的管式預熱器溫度更低，同樣處于低溫腐蝕發(fā)生區(qū)域及硫酸氫氨沉積堵塞區(qū)域。管式預熱器采用耐低溫腐蝕材料提高抗腐蝕能力，同時采用熱風（煙氣）干燒方式使管式預熱器內(nèi)已沉積的硫酸氫氨再次受熱揮發(fā)。管式預熱器熱風（煙氣）干燒示意見圖2。

圖2 管式預熱器布置示意

對管式預熱器進行模塊化分區(qū)設計，每個區(qū)域的煙氣側、冷風側可以單獨分割，每個管箱的煙氣入口和空氣入口側分別設置一個關閉擋板門，并可在每個管式預熱器管箱的煙氣入口引入干燒的熱空氣（煙氣），通過間歇式分區(qū)干燒的方式在線清除管式預熱器內(nèi)已沉積的硫酸氫氨。

管式預熱器可立式布置，煙氣走管內(nèi)、冷風走管外，冷風入口段可采用09CrCuSb 鋼等耐腐蝕性好的鋼材提高管式預熱器防腐能力。

采用此技術措施有以下幾方面優(yōu)勢：

1）回轉式預熱器與管式預熱器耦合，擴展了煙風換熱面積，降低了鍋爐排煙溫度，提高了鍋爐效率；

2）回轉式預熱器與管式預熱器耦合，回轉式預熱器布置于高煙溫區(qū)域，其腐蝕和硫酸氫氨堵塞的風險降低；

3）管式預熱器可以通過提高材質(zhì)等級防腐，同時可通過熱風（熱煙氣）干燒清除硫酸氫氨。

3 工程應用

以某330 MW 亞臨界W 火焰鍋爐解決回轉式預熱器腐蝕及堵塞問題的方案為例進行說明。

3.1 項目概況

鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、W 型火焰燃燒、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣、半露天布置、全鋼構架、全懸吊結構、∏型汽包鍋爐，配置2 臺回轉式空氣預熱器，煙氣脫硝采用SCR 工藝。鍋爐長期燃用高硫無煙煤或高硫貧煤。

采用此技術前，鍋爐面臨的問題：1）回轉式預熱器腐蝕及堵塞問題較為嚴重，空預器阻力最高到近3 000 Pa，影響鍋爐帶負荷能力；2）鍋爐排煙溫度接近150 ℃，鍋爐效率較低。

鍋爐設計燃料及實際燃料均為西南地區(qū)高硫無煙煤，煤質(zhì)資料見表1。

表1 煤質(zhì)參數(shù)

3.2 改造方案

工程應用中，管式預熱器布置于回轉式預熱器下方，管式預熱器采用立式布置，整體支撐于地面上，煙氣走管內(nèi)從上向下流動，空氣走管外從爐后向爐前流動?？傮w布置方案見圖3。

圖3 管式預熱器布置位置

采用回轉式預熱器耦合管式預熱器技術方案之后，鍋爐尾部熱力計算匯總見表2。

表2 熱力計算匯總單位：/℃

3.3 改造前后經(jīng)濟性對比

改造前，由于回轉式預熱器阻力較大，引風機壓頭裕量不足，鍋爐最大能帶至290 MW負荷。鍋爐在289.3 MW 負荷時，排煙溫度為A 側136 ℃、B 側155 ℃，熱一次風溫度為A 側266 ℃、B 側289 ℃，熱二次風溫度為A側290 ℃、B側307 ℃，引風機入口壓力為A側-4.89 kPa、B側-4.85 kPa。

改造后，回轉式預熱器阻力恢復至設計值，管式預熱器煙氣阻力為600 Pa，引風機壓頭裕量足夠，鍋爐最大能帶至330 MW 負荷。鍋爐在319.3 MW 負荷時，排煙溫度為A 側121 ℃、B 側121 ℃，熱一次風溫 度為A 側302 ℃、B 側306 ℃，熱二次風溫度為A 側315 ℃、B 側317 ℃，引風機入口壓力為A側-4.39 kPa、B 側-4.40 kPa，改造前后運行數(shù)據(jù)對比見表3。

表3 改造前后運行數(shù)據(jù)對比

從表3可以看出：鍋爐排煙溫度降低25 ℃，降低的鍋爐排煙溫度的余熱用于加熱鍋爐的送風，提高了回轉式預熱器出口的熱風溫度，一次風溫提高了27 ℃，二次風溫提高了18 ℃。

3.4 防堵及防腐效果評估

1）回轉式預熱器抵抗低溫腐蝕風險能力提高。技術改造后，回轉式預熱器進風溫度提高、排煙溫度升高，回轉式預熱器冷端綜合溫度（回轉式預熱器出口煙溫與回轉式預熱器入口冷風溫度之和）大幅提高，其抗低溫腐蝕的風險能力提高。從表2 可以看出，在40%THA 負荷，回轉式預熱器冷端綜合溫度為262 ℃，抵抗低溫腐蝕風險的能力提高。

2）回轉式預熱器抵抗硫酸氫氨堵塞風險能力提高。該項目燃煤收到基硫含量為3.19%，氨逃逸6.16 mg/m3，根據(jù)相關文獻資料［11］，硫酸氫氨在204 ℃以上為氣相，在140～204 ℃之間為液相，在140 ℃以下為固相。

技術改造后，回轉式預熱器進風溫度提高、排煙溫度升高，金屬壁溫提高。不同負荷下金屬壁溫分布見表4。

表4 金屬壁溫分布（沿高度五等分）單位：℃

從表4 可以看出，所有工況下硫酸氫銨結晶區(qū)域都在冷端元件的覆蓋范圍內(nèi)，有效解決了硫酸氫銨跨層沉積。

3）系統(tǒng)安全可靠性提高。管式預熱器定期通過熱風（煙氣）干燒方式清除硫酸氫氨，冷風入口段采用抗低溫腐蝕性能好的材料，整套系統(tǒng)腐蝕及硫酸氫氨沉積的風險降低，系統(tǒng)安全穩(wěn)定性提高。

4 結語

燃用高硫煤鍋爐回轉式預熱器的低溫腐蝕及硫酸氫氨堵塞問題，是目前燃高硫煤項目的一大難題。針對該問題的機理及措施進行了分析，并提出了回轉式預熱器耦合管式預熱器技術。

回轉式預熱器耦合管式預熱器技術可以大幅提高回轉式預熱器進風溫度，進而提高回轉式預熱器冷端綜合溫度，預防低溫腐蝕并避免硫酸氫氨跨層生成。

回轉式預熱器耦合管式預熱器技術擴展了煙風換熱面積，降低了鍋爐排煙溫度，提高了鍋爐效率。

管式預熱器冷風入口段可采用耐腐蝕性好的鋼材提高其防腐能力，通過熱風（煙氣）干燒方式定期、在線清除硫酸氫氨，系統(tǒng)可長期維持安全、穩(wěn)定運行。