燃煤锅炉空预器堵灰机理及处理措施

燃煤锅炉空预器堵灰机理及处理措施

范鹏惠

（山西漳泽电力工程有限公司长治分公司山西省长治市046000）

摘要：空气预热器是燃煤锅炉的主要附属设备，空预器的稳定运行关系着燃煤机组的安全性和经济性。但是随着国际环保要求严格，火力发电厂陆续对环保设施进行改造，增加了脱硫、脱硝设备，其中大部分脱硝设备采用SCR催化还原法脱硝。但SCR脱硝系统运行过程中会产生粘性大、腐蚀性强、液态的NH4HSO4,易捕捉烟气中的飞灰，引起空预器的堵塞和腐蚀，影响机组稳定运行。

关键词：空预器堵灰二氧化硫三氧化硫硫酸氢氨

一、现象和危害

空气预热器发生堵灰，表现为锅炉一次风、二次风风压增大、炉膛负压难以维持，并出现摆动现象，摆幅逐渐加大，且呈现周期性变化，其摆动周期与空气预热器旋转一周的时间恰好吻合，严重时导致送、引风机发生喘振、引风机无调节余量，影响到燃烧自动装置的投入。空气预热器堵灰后会造成锅炉排烟温度升高,热风温度下降，风、烟系统阻力上升，一次风、二次风正压侧和烟气负压侧的压差增大，增加了空气预热器漏风率；堵灰严重时，影响锅炉的满负荷运行。

另外，由于空气预热器的堵灰和低温腐蚀是互相促进的，空气预热器堵灰可加速烟气中硫酸蒸汽的凝结，加快空预器的低温腐蚀，致使空气预热器换热元件严重损坏，增加了设备检修维护费用。我厂空气预热器堵灰期间，锅炉排烟温度从设计的120℃提高到140℃左右，而排烟温度高又严重影响机组的安全经济运行。

二、空预器堵灰机理分析

锅炉燃用含硫量较高的燃料时，燃料中的硫分在燃烧后大部分生成二氧化硫，在一定条件下少部分氧化成三氧化硫。三氧化硫气体与水蒸气结合生成硫酸蒸汽，其凝结露点温度在120℃以上，露点温度越高，烟气含硫量越大，腐蚀堵灰越严重。当空预器温度低于生成硫酸露点时，硫酸就在金属表面凝结而产生腐蚀，即低温腐蚀。凝结硫酸腐蚀金属并粘结烟气中的飞灰，同时硫酸又与飞灰中的铁、钠和钙发生反应，使积灰增多，空预器的阻力增大，又加剧积灰，产成堵灰，形成恶性循环，造成空预器传热元件堵灰。

空预器硫酸氢氨堵塞。燃煤锅炉炉膛内烟气中的二氧化硫约有0.5％～5.0％被氧化成三氧化硫。加装SCR系统后，催化剂在把NOx还原成氮气的同时，将二氧化硫氧化成三氧化硫。在空预器中、低温段换热元件表面，SCR反应器出口烟气中存在的未反应的逃逸氨气、三氧化硫及水蒸气反应生成硫酸氢氨或硫酸氨：

ＮＨ３＋ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ４ＨＳＯ４

２ＮＨ３＋ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ→（ＮＨ４）３ＳＯ４

当烟气中的氨气含量远高于三氧化硫浓度时，主要生成干燥的粉末状硫酸氨，不会对空预器产生粘附结垢。当烟气中的三氧化硫浓度高于逃逸氨浓度时，主要生成硫酸氢氨（ABS）。在150～220℃温度区间，ABS是一种高粘性液态物质，易冷凝沉积在空预器换热元件表面，粘附烟气中的飞灰颗粒，堵塞换热元件通道，增加空预器阻力并影响换热效果。

三、影响空预器堵灰的主要因素：

1）三氧化硫

由于煤中含有有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫，煤在燃烧过程中，特别是燃用高硫煤时，除了部分硫酸盐留在灰中外，大部分硫燃烧生成二氧化硫，其中约有0.5%～5.0%的二氧化硫在烟气中的过剩氧量及积灰中的Fe2O3的催化作用下生成三氧化硫，三氧化硫与烟气中的水蒸汽形成硫酸蒸汽，大量硫酸蒸汽凝结在低于烟气露点的低温受热面上可能引起空预器低温腐蚀，同时，凝结出的液态硫酸会粘结烟气中的灰粒子，造成空预器、积灰堵灰。

2）氨气

烟气脱硝装置运行过程中，除了极端工况造成短时间内过量喷氨外，而氨喷射系统设计不当、烟气流场分布不均匀或者喷氨格栅局部喷嘴被堵塞时，会造成反应器出口局部部区域的氨逃逸过量，与三氧化硫及水蒸气反应生成硫酸氢氨或硫酸氨，造成堵灰。

3）烟气中酸露点

烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为酸露点，它要比烟气中水蒸汽露点要高很多。水蒸汽的露点（即水露点）很低，一般在45～54℃，正常情况下在空气预热器的受热面上不会结露；而硫酸蒸汽的露点则较高，烟气中只要有少量的三氧化硫，烟气的露点就会提高很多，烟气中三氧化硫(或者说硫酸蒸汽)含量愈多，酸露点就愈高，烟气中的酸露点可达140～160℃，甚至更高。

4）冷端综合温度

空预器的冷端综合温度即烟气出口温度与空气入口温度之和，防止空预器堵灰的最有效办法是提高烟气出口温度和空气入口温度，即提高空预器的冷端综合温度。在空预器的运行中要注意将“冷端综合温度”维持不低于给定的最小空预器的冷端综合温度，保证高于烟气露点。如提高排烟温度，投入暖风器提高空预器入口温度，此法的优点是简便易行，缺点是锅炉效率降低。

5）吹灰蒸汽带水

由于进入空预器的烟气温度和空气温度不高，在进行热交换后，空预器空预器冷端壁面温度往往偏低，又由于烟气中有大量灰份，灰份沉积在壁面时，与水及酸液起化学作用后发生硬结，积灰发生硬界后蒸汽吹灰器根本无法清除，这样极易造成空预器堵灰。

四、采取的措施

1）减少三氧化硫的生成

近几年由于燃煤电厂的经营形势较严峻，为降低成本，无法全部使用完全符合设计含硫量的煤，对于高硫煤的掺烧不可避免，因此可以通过加强煤场管理，对不同含硫量的煤种进行混、配、参，防止高硫燃料集中进入锅炉。

2）合理控制喷氨量

合理控制SCR出口参数，避免过调。根据设计条件，每台炉SCR系统都有设计最大喷氨量，当自调或人工调整时，应当注意不要高于此限值，若是自由大量喷氨才能将Nox降低到超低排放值，应考虑其他方面的影响，不应仅靠过喷氨量来实现。

3）控制氨逃逸浓度

运行中加强对氨逃逸浓度的监视，发现氨逃逸浓度异常升高，应立即降低喷氨量，查找原因，若因喷口堵塞或脱落，应及时修复，避免长时间不均匀运行。

4）对空预器要进行定期吹灰且吹灰蒸汽要保证足够的过热度

吹灰至少每8小时进行一次，如果发现空预器差压有上升趋势，应缩短吹灰时间间隔。吹灰程序控制必须采取疏水温度控制，不能通过时间简单判断疏水是否干净，必要时进行疏水管路改造以确保空预器吹灰效果。

5）提高低温受热面壁温

如使冷端温度高于烟气露点，硫酸蒸汽不能在金属表面凝结，也就不会发生腐蚀。要提高我的，就要提高排烟温度及冷空气温度，但提高排烟温度会降低锅炉的经济性，而提高空气预热器入口冷空气温度以提高冷端受热面壁温则是可行的。我厂增加热风再循环，从空预器二次风出口引至空预器二次风侧，传热元件冷端，提高空预器冷端温度。

五、结语

目前在我国的火力发电厂中，普遍存在燃煤锅炉空预器堵塞和低温腐蚀。虽然在设计过程中充分考虑如何预防空预器堵塞和防低温腐,但实际运行中，依然无法完全杜绝空预器发生堵塞现象。我们需要根据实际情况，反复的实践、论证，不断的改善、修正，在实际运行中验证效果，为改善空预器堵塞问题而不断的努力。