张文涛
华电新疆五彩湾北一发电有限公司 (新疆吉木萨尔831204)
摘要：回转式空气预热器堵灰是危害锅炉安全稳定运行的难点问题，不仅降低换热元件换热效率，降低锅炉效率，还会造成烟风系统阻力增加，提高引风机耗电率，一次风压压差增大，严重时造成炉膛负压波动，机组无法带满负荷运行。本文结合公司实际，对影响回转式空预器堵灰的因素进行了较为全面的分析，并相应提出了解决措施。
关键词: 回转式空预器；换热元件；堵灰；原因分析；对策
1 概述
公司1号、2号锅炉各配备一台豪顿华工程有限公司生产的35VNT2350型三分仓容克式空气预热器，立式、三分仓结构，主轴垂直布置，烟气和空气以逆流方式换热。当空预器换热元件经过烟气侧时，烟气携带的一部分热量就传递给换热元件；而当换热元件经过空气侧时又把热量传递给空气。降低了排烟温度，提高了燃料与空气的初始温度，强化了燃料的燃烧，因而进一步提高了锅炉效率。
空预器换热元件采用三层布置，冷端换热元件采用脱碳钢镀搪瓷材料，以防止换热元件堵塞和低温腐蚀，热端换热元件采用低碳钢材质。?每台空预器配置两台蒸汽吹灰器，分别布置在烟气出入口处，用于日常运行中清理换热元件堵灰。
1号、2号机组自2019年投运以来，经常出现空气预热器出入口差压大的问题，按照原设计，空预器差压不大于1.5KPa，2020年空预器差压经常大于2.5KPa，不得不通过提高吹灰的频次和压力以缓解换热元件堵塞情况，效果并不明显，严重影响安全运行。
2 空预器堵灰的危害
换热元件表面积灰、堵灰会降低换热元件换热能力，使锅炉一二次风温升降低，排烟温度升高，锅炉效率降低，一次风进出空预器压差大，可能造成风道膨胀节损坏，危害巨大。
2.1 对制粉系统的危害：一次风温降低，使磨煤机入口热风温度降低，由于准东地区褐煤水分较高（30%左右），一次风温无法满足干燥出力，降低制粉系统出力，严重时造成机组降负荷；
2.2 对排烟温度的影响：换热元件换热能力的降低，使锅炉排烟温度大幅升高；空气预热器堵灰严重时，一次风侧、二次风侧排烟温度偏差大；
2.3 对厂用电率的影响：堵灰还会造成烟气系统阻力增大，增加引风机电耗，使电厂厂用电率居高不下，严重时会造成引风机抢风，引风机失速，炉膛负压无法维持，威胁机组安全稳定运行；
2.4 空预器堵灰后，通常需通过提升吹灰压力和吹灰频次来缓解，造成蒸汽损失。
3 空预器堵灰原因分析
回转式空气预热器堵塞问题的产生就是由于空预器换热元件壁温过低，造成烟气中水蒸气及酸气凝结、硫酸氢氨粘附沉积，液态混合物捕捉烟气中的飞灰颗粒，堵塞换热元件通道，造成空预器阻力增加并降低蓄热元件换热效果。
从我公司的实际运行情况看，造成空气预热器蓄热元件金属表面出现液体结露的主要原因有以下几个方面：
3.1 硫酸氢铵凝结
采用氨法脱硝，硫酸氢氨的形成是无法绝对避免的。燃烧过程中燃料中的大部分硫都转变为二氧化硫，但仍有1~5% 的硫转变为三氧化硫。烟气中三氧化硫的含量取决于许多因素，如燃料中硫的含量、燃烧时的过量空气系数以及是否存在对形成三氧化硫起催化作用的沉积物等。三氧化硫与烟气中的水蒸汽反应，在换热元件表面形成一层硫酸膜从而腐蚀碳钢换热元件。能在换热元件表面上形成一层连续的硫酸膜的最高温度称为烟气的“酸露点”。
当换热元件壁温低于露点温度时，硫酸蒸汽就会凝结在壁面上腐蚀换热元件，并不断粘结飞灰，堵塞通道，降低换热元件换热效率和使用寿命，影响空预器的安全经济运行。
脱硝催化剂的使用寿命通常为24000小时，最大不超过三年，目前我公司自2019年09月投产至今已运行2年，催化剂活性降低，造成氨逃逸率增大，烟气中氨含量增大，使硫酸氢铵生成量增大，造成空预器堵灰情况恶化。
3.2空预器入口风温低
在冬季，由于准东地区环境温度偏低（2020年最低达-31℃），经过加热器后风温仍然偏低，空预器入口风温最低达到21℃，空预器冷端综合温度为130℃左右，远低于厂家规定的冷端综合温度190℃，过低的风温与换热元件接触后，造成换热元件温度骤降，换热元件旋转至烟气侧时，与换热元件直接接触的烟气温度下降幅度较大，烟气中的水蒸气会凝结成水，附着在换热元件上，形成“湿润”表面，大量吸附烟气中的灰份，造成烟气通道减小，流通阻力增大。
3.3 空预器吹灰中蒸汽带水
正常吹灰情况下，应保持吹灰蒸汽不低于130 ℃的过热度。我公司空预器设计吹灰压力1.5MPa，300 350 ℃，由于空预器堵灰，不得不通过提升空预器吹灰压力和吹灰频次，压力升至2.5 MPa左右，实际温度330℃，2.5 MPa的饱和蒸汽温度为224 ℃，实际蒸汽的过热度为106℃左右，造成吹灰蒸汽进入空预器后携带一定的水，附着在换热元件上，吸附大量的灰尘，造成烟气通道减少，流通阻力增大。
3.4蓄热元件损坏变形引起:
为了疏通堵塞的换热元件，不得不增加吹灰的频次，提升吹灰的压力，甚至连续吹灰，由于蒸汽过热度的不足，蒸汽带水，冲蚀现象加剧，造成换热元件变形，形成了环状的破损带，减少了有效通流面积，造成流通阻力增大。
4 预防空预器堵灰的对策分析
4.1 降低硫酸氢铵的生成是改善空预器堵灰问题最有效的手段
4.1.1 通过试验，掌握控制NOx恰当的运行方式：
就目前设备情况，做不同负荷、不同工况下低氮燃烧调整试验，测算降低NOx后带来的锅炉损失，为平衡机组经济运行与满足环保安全运行平衡点提供依据。在试验过程中，低负荷时控制NOx浓度避免大幅度升高，特别是尽量避免出现NOx随负荷变化带来巨大的波动，引起氨逃逸率增加现象。确保喷氨自动控制系统的准确可靠，使喷氨量控制在合理范围，减少氨逃逸的发生。
4.1.2 及时更换脱硝催化剂，保证脱硝催化剂活性
对脱硝效率进行跟踪分析，当脱硝效率大幅降低时即需更换脱硝催化剂。以保证催化剂活性，一方面提升脱硝效率，另外能够有效减少氨的逃逸，降低硫酸氢铵的产生。
4.2 针对冬季入口风温偏低的问题，建议加装暖风器或热风再循环系统：
在一次风管道和二次风管道增加一组暖风器，提高空预器入口风温，或将空预器出口热风新增管路，设风门控制，直接引至空预器入口，提升入口风温，保证冬季工况下空预器冷端综合温度不低于190℃，使换热元件表面温度高于烟气露点，减少“湿润”表面的形成。
4.3 采用空预器热介质循环防堵技术：
热介质循环防堵技术以320℃～380℃的中温烟气或热风作为加热介质，在预热器冷端隔分出来的隔仓内直接加热即将进入烟气侧的冷端换热元件。使空预器冷端换热元件壁温大于酸露点及蒸汽露点温度，使硫酸氢氨分解；具体方案有中温烟气加热二次风侧冷端，中温烟气加热一次风侧冷端，热二次风加热二次风侧冷端，热一次风加热二次风侧冷端等。
5 结论
综上所述，脱硝系统导致的硫酸氢氨生成的客观存在是造成空气预热器堵灰的根本原因：保证一定的空预器冷端综合温度，定期更换活性低的催化剂，严格控制氨逃逸率，是解决空预器压差大的根本办法；通过合理调整燃烧，选择合理的过量空气系数，减少SO3的生成是可行的调整手段；进行必要的设备改造，如：加装暖风器、加装热风再循环，只有三管齐下，才能够将空预器压差大问题彻底解决。
参考文献：
[1]?《空气预热器运行及维护手册》 豪顿华工程有限公司
作者简介：张文涛 （1975—） 男 工程师，从事发电厂运行管理工作。
工作单位：华电新疆五彩湾北一发电有限公司