（北京华能达电力技术应用有限责任公司 100031）
摘要：随着机组运行年限增长，SCR脱硝系统氨逃逸的上升，回转式空预器的堵灰问题越来越突出，严重者已经直接影响到了机组运行的安全性。空预器风量分切防堵灰技术作为一种针对性解决回转式空预器堵灰的全新技术，能够有效的解决当前回转式空预器的堵灰问题，提高机组运行的安全性、经济性。
关键词：风量分切；防堵灰；漏风率；SCR脱硝系统
引言
回转式空气预热器由于其结构紧凑，传热密度高达500m2/m3,占地面积小、换热效率高等优势，在国内煤电机组中的应用越来越广泛。国家能源集团某电厂随着脱硝系统的投运时间长，氨逃逸不断的增长，逃逸氨和烟气中SO3反应生成的硫酸氢氨在空预器中低温段凝结，空预器堵塞严重，空预器差压上升至2.4kPa，最高时期上升至3.5 kPa。同时，低温省煤器腐蚀、堵塞最终使得引风机运行状况恶劣，电流上升，严重影响到机组运行经济性和安全性。空气预热器的堵灰问题已经成为了噁需解决的难题题。
一、空气预热器堵灰的原因
1、空气预热器处在电除尘器与省煤器之间，进入空气预热器的烟气未经过任何除尘处理，由于容克式空气预热器结构紧凑，内部蓄热元件间孔隙率较小的特点，极易发生大颗粒灰分的自然累积，形成堵灰。
2、在燃煤机组脱硝改造之前，煤质中硫的燃烧产物是引起空气预热器腐蚀和积灰的主要原因，即：
S → SO3 → H2SO4(稀)
当空预器冷端蓄热元件金属平均壁温降到低于酸露点，达到最大酸凝结率所对应的温度时，飞灰的沉积率最大。根据目前国内机组的燃用煤质，一般认为，酸露点温度在80℃～120℃，对于燃煤锅炉，稀硫酸腐蚀和积灰最严重处在距离冷端50～300mm的范围之内。
3、随着SCR脱硝系统的投运，在控制烟气中NOX的排放的同时，对空预器产生了如下的影响：
SCR系统的主反应方程式为：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
随着SCR脱硝系统催化剂的投运，
燃烧生成的 SO2在 SCR 系统催化剂中的活性成分 V2O5 的催化作用下生成 SO3，烟气中SO2向SO3的转化率增加，即烟气中的SO3含量增加，加速了 NH4HSO4 的生成。同时，由于烟气中NH3和SO3的浓度的增加，造成烟气酸露点温度升高。SCR系统发生了如下的副反应方程式：
SO2+O2→SO3
NH3+SO3+H2O→NH4HSO4
在这两个因素综合作用下，加剧了空气预热器的酸腐蚀和堵灰。
烟气中的SO3与逃逸的氨气发生反应生成NH4HSO4。NH4HSO4的结露温度是147℃～230℃，处在空预器蓄热元件中温段，同时液态的NH4HSO4极易沾染灰分，且很难通过常规的水冲洗及蒸汽吹灰方式去除，所以导致了空预器堵灰速率增加。
4、空预器经过水冲洗后没有彻底烘干就投入运行，原先没有彻底清洗留下的残留物经过烟气烘干后形成水泥状的积灰。
以上诸多因素的相互叠加、相互促进，导致了目前燃煤机组空预器的堵灰问题越来越严重。
随着空气预热器的堵灰因素的变化以及堵灰速率的升高，传统的解决空预器堵灰的技术方法已不能适应当前情况。空预器风量分切防堵灰技术应运而生。
二、空气预热器风量分切防堵灰技术
空气预热器分量分切防堵灰技术是基于空气预热器的堵塞机理，有针对性解决的空预器堵塞的技术。
如图1所示，当三分仓回转式空气预热器转子转向为烟气侧→一次风侧→二次风侧时，蓄热元件经过一次风、二次风的换热后，转至烟气侧时，冷端蓄热元件温度处于最低点，通常该点的温度处在酸结露温度区间内（≤120℃），冷端蓄热元件容易发生低温结露。针对稀硫酸的形成机理，风量分切防堵灰技术采用针对性加热方式，在蓄热元件转至烟气侧之前，提高冷端蓄热元件的温度，使冷端温度最低点高于酸结露点，避开酸结露区，避免稀硫酸的结露，解决空预器冷端稀硫酸结露的问题。
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图1 风量分切防堵灰技术原理图
针对蓄热元件中温段的NH4HSO4，采用由风机增压后自循环的高温（≥350℃）、高流速的热介质对蓄热元件表面凝结的NH4HSO4强制蒸发。其次，通过高温、高流速的热介质将NH4HSO4由中温段吹至高温段，通过空预器热端自身的热量气化凝结的NH4HSO4。
通过在空气预热器中增加分仓的方式，对冷端蓄热元件进行集中加热，通过提高冷端温度、强制蒸发的手段，解决由于稀硫酸及硫酸氢铵引起的空预器的堵灰。
三、风量分切防堵灰技术的应用
1、项目概况
国家能源集团某电厂二期配套东方锅炉厂生产的2X1000MW超超临界参数变压运行直流炉，锅炉型号为DG2910/29.15-Ⅱ3，每台锅炉配备两台由东方锅炉厂提供的型号为LAP17286/2350的空气预热器。单台锅炉配有两台48分仓，三/双密封、三分仓回转式空预器，立式布置，烟气与空气以逆流方式换热。
表1 设备参数
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为了改善空预器运行状况，提高机组的运行安全性、经济性，北京华能达电力技术应用有限责任公司于2019年对2×1000MW机组空气预热器进行了空气预热器风量分切防堵灰改造并投入正常运行。
2、空预器本体改造
2.1扇形板改造
国家能源集团某电厂进行空预器风量分切防堵灰技术改造时，将原三分仓空预器改造为四分仓空预器。
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图2 空预器本体扇形板改造示意
如图2 在本次改造中，将空预器改造为4分仓，占用了二次风侧两个仓格（15°）流通面积。
经过理论计算，机组满负荷（1000MW）运行时，改造方案对烟气侧及一次风侧没有影响。而二次风侧流通阻力增大约200Pa，造成送风机电流增大约10A，机组技改过程中通过对二次风道进行优化措施，抵消了对送风机的影响。
2.2防堵灰分仓流场设计
根据风量分切防堵灰技术原理，将防堵灰分仓安装在转子即将进入烟气侧时才能达到防堵灰效果。根据实际分仓尺寸，借助于数值模拟的手段，对分仓内流场进行了优化设计。
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图3 冷端分仓截面图
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图4 冷端分仓流场数值模拟
在相同的边界条件时，通过多次数值模拟对比，分仓中安装两处导流板时，穿过空预器中心筒侧蓄热元件层的热风流速及流量最大，对中心筒侧蓄热元件的吹扫作用最强。空预器冷端防堵灰分仓内的导流方式按照图8的方式安装。
2.3、防堵灰系统外部风管改造
通过风管将冷端分仓与热端分仓连接起来，形成循环封闭系统，由热端分仓抽取热风，通过防堵灰风机增压后通过冷端分仓吹进空预器，对冷端蓄热元件加热及吹扫，达到空预器防堵灰的目的。
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图5 防堵灰管道改造模型
3、项目改造经济性分析
表2 #3机组在改造后的运行数据
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通过改造可以得到的经济效益：
（1）风机节能效益
改造后，由于预热器阻力的下降，预计两台引风机、两台一次风机、两台送风机、一台增压风机的电流将大幅降低。
在BMCR工况中，风机基本上处于高效运行区域，风机效率受入口工质压力参数影响较小，取风机效率为0.8，机械效率为0.98，则送、引以及一次风机在满负荷下的电功率降低如下：
△P=Q×△p/（3600*1000*η0* η1）
表3 BMCR工况下六大风机降耗（单台机组）
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改造后，（相同运行氧量的）满负荷工况下各大风机运行电流将有如下降幅：
送风机电功率降低： 9kW
一次风机电功率降低：320kW
引风机电功率降低： 955kW
保守估计，满负荷下两台炉6台风机总共下降1284kW，但1台炉增加2台循环风机利用率按照0.5计算，总功率为200kW，机组年利用小时数按4500h，上网电价按0.32元/ kW•h计算。
增加电量利润：63.5万元
（2）机组运行可靠性提高的效益
锅炉烟风系统余量增加，机组运行可靠，因预热器原因产生的检修次数大大降低，机组满发时间延长，事故限负荷时间减少。
按照改造后每年至少减少一次停炉进行空预器水冲洗的次数，保守折算为平均年减少事故天数5天。
按日平均负荷为80万kW，每kW•h电量发电利润为0.15元估计，因可靠性提高的经济效益估算约：1440万元
（3）蒸汽吹灰的节省量
2台空预器进行风量分切防堵灰改造后，蒸汽吹灰投运次数由原来的一班一次冷热端均投运，改造后一天一次，只吹冷端，节省蒸汽量100t/天：
蒸汽吹灰蒸汽参数为350℃，压力为1.2MPa，查表得，该参数条件下蒸汽焓为3151.7kJ/kg，由此计算通过蒸汽量的节省，标煤价格按照750/t计算，每年增加的经济收益为：161万元
（4） 空预器改造后单台机组的总收益为：1664.5万元
（5） 以上计算未考虑以下因素影响的收益：
1）运行检修成本降低
风量分切防堵灰改造后，可节约空预器检修及冲洗费用。
2）设备安全性能的提高
风量分切改造后，消除了炉膛及风烟道较大的周期性交变应力，改善了锅炉周边的生产环境，使锅炉及附属设备的安全运行得到保证。
根据实际运行参数分析，该电厂空预器风量分切防堵灰技术改造项目后不仅有效的提高了锅炉机组运行的安全性，而且带来了较为客观的经济效益。
总结
1、根据运行监控数据，4号锅炉自防堵灰系统已2019年5月正式投运，运行6个月以来风机利用系数为0.5，空预器压差一直保持稳定，未见上升。风量分切防堵灰技术达到了防堵灰的目的。
2、空预器分量分切防堵灰技术能够有效的解决空气预热器的堵灰问题，通过该技术进行的改造能够长期保持空气预热器的压差稳定不上升，保证空预器的稳定运行，提高机组运行安全性、经济性。
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