空气预热器的优化改造及运行调整措施

空气预热器的优化改造及运行调整措施

郝勇

（甘肃省电力投资集团有限责任公司730046）

摘要：张掖发电公司原空预器未考虑脱硝投运带来的影响，在充分调研论证的基础上，提出了空预器的优化改造方案及运行调整措施，并实施了应用，经运行检验取得了较好的效果。

关键词：空预器改造优化调整

一、低温腐蚀的机理

由于锅炉燃用的燃料中含有一定的硫份，燃烧时生成二氧化硫，其中一部分会氧化生成三氧化硫。三氧化硫与烟气中的水蒸气结合形成硫酸蒸汽。当受热面壁温低于硫酸蒸汽露点（烟气中的硫酸蒸汽开始凝结的温度，简称酸露点）时，硫酸蒸汽就会凝结成为酸液而腐蚀受热面。烟气中三氧化硫的形成途径：

1.燃烧反应中火焰里的部分氧分子会离解成原子状态，它能与二氧化硫反应生成三氧化硫；

2.烟气中二氧化硫流经对流受热面遇到氧化铁（Fe2O3）或氧化钒（V2O5）等催化剂时，会与烟气中的过剩氧反应生成三氧化硫，即2SO2+O2→2SO3；

3.盐分解出S03。燃煤中硫酸盐在燃烧时会分解出一部分S03，但它在S03总量中所占的比例甚小；

4.在SCR反应过程中，由于催化剂的存在，促使烟气中部分SO2被氧化成SO3，SO2/SO3转化率越高，说明催化剂的活性越好。但SO2/SO3转化率越高，则越易产生空气预热器硫酸腐蚀的危险。因此，虽然设计SCR系统中SO2/SO3转化率不大于1%，脱硝投运后仍影响烟气中的SO3量增加，烟气酸露点温度增加，加剧空气预热器的酸腐蚀和堵灰。

二、空预器改造的必要性分析及方案

张掖发电公司2×325MW机组锅炉采用武汉锅炉厂生产的WGZ1025／17.5-2型燃煤锅炉，每台锅炉配置两台豪顿华设计制造的三分仓回转式空预器，原空预器型号29VNT1960(150)，换热元件分三层布置，热端660mm，中温段1000mm，冷端300mm。热端、中温端采用低碳钢材质，冷端采用考登钢材质。SCR脱硝中的逸出氨（NH3）与烟气中的SO3和水蒸汽生成硫酸氢铵凝结物：

NH3＋SO3＋H2O⇒NH4HSO4

上述硫酸氢铵（ABS）凝结物呈中度酸性且具有很大的粘性，易粘附在空气预热器的换热元件表面上，再次加剧换热元件的腐蚀和堵灰。同时由于反应物NH3与SO3反应形成硫酸氢铵，硫酸氢铵在一定的温度段内会形成严重堵塞现象，硫酸氢铵（ABS）的反应生成温度较高，一般在150℃－200℃范围内，而这一温度段正好在空气预热器的中低温段，将会影响空气预热器的阻力上升。因此，必须对原有空预器进行改造。

1.改造换热元件：

由于空气预热器的绝大部分中温段和部分低温冷段处于产生硫酸氢氨堵塞的温度区间内，所以为了避免两段的连接间隙内的硫酸氢氨堵塞搭桥，将传统的低温冷段和中温段合并为一段（见图1）。

根据空气预热器温度场的分布来优化冷端换热元件的高度，使冷端酸沉积和硫酸氢铵堵灰区（带）完全处在冷端换热元件中，防止空气预热器发生严重堵塞。根据脱硝改造后空预器在设计煤种BMCR工况下的温度场分析计算结果（涂色部分为ABS沉降区）见图2，确定了冷端换热元件高度是1000mm。

为保证空预器具有良好的换热能力，有足够大的换热面积；保证空气预热器排烟温度不上升，一、二次风温不降低；冷段的换热元件在结构上不易堵灰或挂灰，并易于吹扫，更换为专用搪瓷钢，钢板厚度不小于0.75mm，选用大通道HC11be波形，使冷段在负荷160-310MW涵盖整个液态NH4HSO4产生的温度区间范围内。热端换热元件采用原中温段清洗利旧，节约改造费用100万元/台炉左右。改造后空预器换热元件参数见表1。

2.改造转子结构，

拆除冷端冷端换热元件支撑格栅（用以减少对传热元件的阻挡面积，提高吹灰和清洗效果），增加新的环向隔板和换热元件支撑，将横向隔板延伸到冷端，直接安放加高后的冷段传热元件，封闭不再使用的转子侧面传热元件更换门。

3.增加底部双介质双枪吹灰器（原底部吹灰器拆除，便于增加高压水冲洗枪），利旧顶部蒸汽吹灰器。

4.针对SCR空气预热器的特点，为有效地吹扫和清洗换热元件，保持换热面的洁净和通道的畅通，减少烟风流动阻力，有效地提高换热元件的利用率，并提高换热元件的使用寿命，增加高压水冲洗系统

三、运行调整措施

1.减少烟气中的SO3含量

（1）控制煤质，主要是煤中的硫份和灰分。煤中的含硫量越高，烟气中的SO3就越多，因而生成的SO3也将增多，烟气中的SO3和H2SO4含量增多，则露点升高，超过壁温时，便发生低温腐蚀。煤中灰分含量高时，飞灰浓度将增大，由于飞灰能吸附SO3，从而使烟气中的SO3和H2SO4的浓度降低，漏点降低。降低煤中硫份的措施，控制入厂煤硫份小于1.2％，二是同时掺烧高硫份和低硫份煤，调整掺烧比例，达到入炉煤加权平均硫份小于1％。

（2）低氧燃烧，控制经济运行氧量值，能使烟气漏点大大降低，有效低减轻低温腐蚀和低温黏结灰，通过近期燃烧实验确定锅炉氧量按表2控制：

3.锅炉吹灰

（1）及时对锅炉受热面进行吹扫，尤其是要加强对流受热面的吹扫。因为烟气流过对流受热面时，SO2会在某些催化剂(如钢管表面的Fe2O3膜，受热面管子上沉积物或燃油时可能出现V2O5等)的作用下生成SO3。锅炉吹灰必须从下到上顺烟气流向执行。

（2）空预器吹灰疏水温度必须达到250℃以上，空预器吹灰顺序从上到下，以保证吹灰蒸汽的过热度和吹灰效果，防止吹灰蒸汽带水和飞灰二次粘附空预器冷端受热面。锅炉在启动或停机期间，由于烟气流速低，空预器换热元件容易沉积及粘结飞灰，因此当负荷低于90MW时空预器必须投入连续吹灰。

4.脱硝调整措施，优化低氮燃烧降低脱硝入口氮氧化物，提高脱硝出口氮氧化物控制值，以降低喷氨量，最大限度的减少氨逃逸。同时，控制催化剂差压正常，定期分析检测催化剂的活性，严格控制氨逃逸小于3ppm。

5.锅炉启动和停运过程中，及时调节一、二次暖风器的进汽量，保证空预器的冷端综合温度不低于规定值。

6.正常运行中加强对炉膛负压和空气预热器出、入口差压的监视和分析，特别是在环境温度急剧下降时更应注意，当发现炉膛负压及空预器出、入口一次风、二次风及烟气差压异常时，立即加强空预器吹灰，提高空预器冷端综合温度在160—170℃之间，并尽可能保持高负荷，加大锅炉送风量，保持锅炉大风量运行。

四、改造效果评价

1、空预器运行正常，各指标参数正常，测得#1炉空预器漏风率6.47%/6.57%，#2炉空预器漏风率6.81%/5.90%，漏风率均小于7％设计值。

2、#1、2炉空预器烟气侧差压小于1047Pa，空预器差压在设计值范围内。

3、甘肃电力科学研究院在100%、75%、60%额定负荷工况下，分别测试空预器出口排烟温度分别是132.8℃/122℃、124.4℃/119.3℃、108.5℃/109.5℃，排烟温度及空预器出口热一、二次风温度均正常，换热效率未降低，参数性能不低于原空预器设计要求。

4、停机检查换热元件清洁，无积灰堵塞，无腐蚀，运行情况较好。