電廠硫酸氫銨造成的空預(yù)器堵塞治理實(shí)踐

電廠硫酸氫銨造成的空預(yù)器堵塞治理實(shí)踐方法從熱二次風(fēng)再循環(huán)、脫硝煙氣旁路、送引風(fēng)機(jī)協(xié)同調(diào)整，提高排煙溫度，整體提高空預(yù)器運(yùn)行溫度，同時(shí)通過低省控制空預(yù)器出口溫度，減少對電除塵及后續(xù)設(shè)備影響，通過具體實(shí)踐克服了空預(yù)期電流波動，爐膛氣溫偏差，電除塵入口煙溫過高等難題。有效了遏制并控制了硫酸氫銨堵塞的發(fā)展趨勢，保證了機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行后帶負(fù)荷能力。1概述對于SCR法煙氣脫硝，氨氣和NOX不能能全部混合，逃逸是不可避免的，當(dāng)逃逸率超標(biāo)時(shí)氨氣與三氧化硫反應(yīng)生成硫酸氫銨堵塞空預(yù)器。硫酸氫銨因其特殊物理性質(zhì)，極易吸附并粘結(jié)在空預(yù)器換熱元件上，常規(guī)的蒸汽吹灰和激波吹灰難以去除。目前解決辦法有在線高壓水沖洗，由于在機(jī)組運(yùn)行期間進(jìn)行沖洗，對空預(yù)器及其后電除塵安全有較大影響，極易發(fā)生空預(yù)器電流波動大而跳閘，有較大安全風(fēng)險(xiǎn)，對設(shè)備和機(jī)組工況要求較為苛刻，在公司#4爐運(yùn)行期間曾進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，空預(yù)器曾發(fā)生電流波動超過額定值，壓差減小效果不明顯而未繼續(xù)實(shí)施。大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司的2臺630MW——HG-1900/25.4-YM4型鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司利用英國三井巴布科克能源公司(MB)的技術(shù)支持，進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的。鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的本生(Benson)直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、π型布置。鍋爐島為露天布置。鍋爐燃用義馬和三門峽當(dāng)?shù)鼗烀?、常村煤及銅川煤。30只低NOX軸向旋流燃燒器(LNASB)采用前后墻布置、對沖燃燒，6臺ZGM113N中速磨煤機(jī)配正壓直吹制粉系統(tǒng)。大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司2臺630MW鍋爐于2014年完成脫硝改造，最初設(shè)計(jì)排放值為小于200mg/Nm3。采用的選擇性催化還原法SCR脫硝工藝，SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間，設(shè)計(jì)有三層催化劑層，要求運(yùn)行溫度在300℃-400℃范圍，針對鍋爐低負(fù)荷及深度調(diào)峰情況SCR入口煙溫不到300℃問題，脫硝入口設(shè)計(jì)煙氣旁路，鍋爐水平煙道后部引出高溫?zé)煔膺M(jìn)入SCR入口與原煙氣混合后，保證SCR脫硝反應(yīng)溫度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑采用液氨，II期2臺鍋爐的脫硝系統(tǒng)共用一個(gè)還原劑儲存與供應(yīng)系統(tǒng)，在脫硝反應(yīng)器進(jìn)、出口安裝實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置，具有就地和遠(yuǎn)方監(jiān)測顯示功能，監(jiān)測的項(xiàng)目包括：進(jìn)出口NOX、煙氣流量、煙氣溫度、O2、NH3逃逸、差壓等。針對硫酸氫銨堵塞問題，空預(yù)器更換兩段式換熱元件，中溫段和低溫段一體化，但#4機(jī)組改造后運(yùn)行一段時(shí)期后，空預(yù)期堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓已到極限值，爐膛負(fù)壓大幅波動。2015年根據(jù)河南省政府藍(lán)天行動文件要求，河南省內(nèi)所有火電機(jī)組必須逐步達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。#4機(jī)組在2015年12月份完成超凈排放改造后，為了控制出口不超過50mg，必然會加大噴氨量來控制排放。硫酸氫銨堵塞的問題進(jìn)一步嚴(yán)重。在機(jī)組啟動運(yùn)行僅36天后，就出現(xiàn)了空預(yù)器壓差急速增大，爐膛負(fù)壓波動，日常性的蒸汽和激波吹灰不能遏制空預(yù)期壓差發(fā)展。2016.3.12.#4機(jī)組啟動后第36天，#4B空預(yù)器壓差情況，最大值4.6Kpa。2硫酸氫氨生成原理及危害硫酸氫氨的生成作為選擇性催化還原法SCR脫硝的副反應(yīng)，與煤種硫份和SCR未反應(yīng)完全逃逸到煙氣中NH3有直接關(guān)系。通常情況硫酸氫氨露點(diǎn)為147℃，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到此溫度時(shí)，硫酸氫氨以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散在煙氣中，硫酸氫氨是一種粘性很強(qiáng)的物質(zhì)，極易粘附在物體上難以去除，而且有較強(qiáng)的吸潮性，當(dāng)溫度繼續(xù)升高至250℃以上，硫酸硫酸氫氨由液態(tài)升華為氣態(tài)。鍋爐空預(yù)器運(yùn)行溫度梯度一般在120℃-300℃，硫酸氫氨的物理性質(zhì)和決定隨著煙氣溫度在空預(yù)器中大幅降低在空預(yù)器中低溫區(qū)域沉積，未沉積的硫酸氫氨吸附在煙氣中煙塵轉(zhuǎn)換為固態(tài)，在電除塵中進(jìn)行除去[1]。防止硫酸氫氨的生成主要有控制氨逃逸率和降低入爐煤硫份。鍋爐運(yùn)行中氨逃逸超標(biāo)的主要原因有以下幾種，一是脫硝煙氣流場不均勻，造成局部噴氨量過大引起逃逸;二是脫硝噴嘴未針對煙氣流場進(jìn)行調(diào)整，造成NH3濃度場分布不均;三是對氨逃逸率監(jiān)視手段有限;四是空預(yù)器堵塞后，煙氣量減少、排煙溫度降低擴(kuò)大了硫酸氫氨的沉積區(qū)域;五是機(jī)組一直低負(fù)荷運(yùn)行排煙溫度偏低，也擴(kuò)大了硫酸氫氨的沉積區(qū)域;六是機(jī)組負(fù)荷波動頻繁，NOX生成隨負(fù)荷變化而變化，噴氨調(diào)節(jié)存在一定的滯后性，造成過噴現(xiàn)象。硫酸氫氨沉積在空預(yù)器中，造成空預(yù)器堵塞，對鍋爐安全運(yùn)行有極大的危害：一是由于兩臺空預(yù)器阻力不同，造成低負(fù)荷、低煙氣量時(shí)引風(fēng)機(jī)發(fā)生搶風(fēng)現(xiàn)象，造成爐膛負(fù)壓大幅波動，危及機(jī)組安全運(yùn)行;二是由于空預(yù)器的堵塞不均勻，引起一、二次風(fēng)壓和爐膛負(fù)壓周期性波動;三是空預(yù)器阻力增大后風(fēng)煙系統(tǒng)電耗增大;四是空預(yù)器堵塞后阻力增大，局部煙氣流速變快，空預(yù)器蓄熱元件磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)會造成蓄熱元件損壞;五是空預(yù)器堵塞造成煙氣系統(tǒng)阻力增大，引風(fēng)機(jī)出力無法滿足機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，造成機(jī)組限出力;六是最終很可能由于空預(yù)器堵塞機(jī)組被迫停運(yùn)檢修[2]。3解決硫酸氫氨造成空預(yù)器堵塞問題原理及方法3.1解決思路針對硫酸氫銨的物理性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)根據(jù)溫度不同，呈現(xiàn)不同的物理狀態(tài)，在147℃以下，呈現(xiàn)堅(jiān)固的固態(tài);在147℃-250℃范圍內(nèi)，呈現(xiàn)稱嚴(yán)重的鼻涕狀態(tài)，常規(guī)的蒸汽吹灰和激波吹灰難以去除，在250℃以上升華。由于空預(yù)器溫度梯度變化從320℃-120℃之間，這使得極易吸附并粘結(jié)沉積在空預(yù)器換熱元件中部[3]。由于這種相變在短時(shí)間是可逆的，因此提高運(yùn)行溫度，改變沉積區(qū)域，對已經(jīng)沉積在受熱面的硫酸氫銨再溶解升華，改變其沉積區(qū)域，盡量使其粘在灰上，而在下部空預(yù)器元件為一體化，不利于硫酸氫氨的粘結(jié)，隨著煙氣冷卻，硫酸氫銨固化并隨煙塵早電除塵除去。針對硫酸氫銨掛灰主要兩段之間部位，提高溫度使得過程后移，而后面條件不利于沉積在受熱面上，所以進(jìn)行了去除。3.2提高煙溫治理硫酸氫銨堵塞可行性分析提高煙溫會來造成空預(yù)器整體運(yùn)行溫度區(qū)間的改變，空預(yù)器工作溫度從原來的350℃-120℃(煙氣側(cè))，預(yù)計(jì)將會提升到380℃-230℃，之后各個(gè)運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行溫度均會發(fā)生改變，因此煙溫改變后設(shè)備是否能安全運(yùn)行，直接關(guān)系到治理方案是否可行。(1)設(shè)備安全運(yùn)行溫度極限考察，確定提高煙溫的邊界條件。通過查閱空預(yù)器說明書、低溫省煤器、電除塵、引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔運(yùn)行說明書，空預(yù)器蓄熱片為普通碳鋼變形溫度為420℃，表面噴涂陶瓷的冷端蓄熱元件爆瓷溫度在300℃以上，因此升溫對蓄熱片無影響;電除塵內(nèi)部主要有陽極、陰極、電極瓷瓶等，沒有對煙溫有特別要求材料，但電極瓷瓶耐受溫度可能是制約點(diǎn)，為了防止瓷瓶出現(xiàn)裂紋，以歷史運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，溫度在160℃無影響;引風(fēng)機(jī)根據(jù)廠家提供的資料，葉片為合金鋼銑制而成，提升到180℃溫度后不會有影響，但應(yīng)加強(qiáng)對引風(fēng)機(jī)軸承溫度監(jiān)視;脫硫吸收塔內(nèi)除霧器為塑料材質(zhì)，對煙溫有明確要求，要求吸收塔煙氣入口溫度不大于160℃。鍋爐低溫省煤器為降低電除塵及脫硫吸收塔煙溫提供了解決途徑，鍋爐通過低溫省煤器能大幅降低空預(yù)器后煙溫，保證其后設(shè)備在安全溫度下運(yùn)行。(2)溫度提高后設(shè)備變形量增加，引發(fā)動靜摩擦或損壞。溫度提升后，主要是考慮空預(yù)器膨脹問題?？疹A(yù)器轉(zhuǎn)子按半徑6m，高度4m計(jì)算，根據(jù)不銹鋼膨脹系數(shù)，冷端端徑向溫升150℃計(jì)算，冷端變形量10.8mm，軸向平均溫升較小，按100℃極端，軸向變形量在4.4mm，詢問鍋爐專業(yè)空預(yù)器間隙調(diào)整的余量，經(jīng)過計(jì)算此形變在空預(yù)器軟性密封的允許范圍之內(nèi)。(3)提高煙溫手段及余量分析。因?yàn)榭疹A(yù)器入口煙溫是在350℃，因此適當(dāng)減少空預(yù)器冷二次風(fēng)、一次風(fēng)量，就能達(dá)到提高煙溫至250℃要求。查閱煙氣比熱容，密度，煙氣流量，一次風(fēng)量，二次風(fēng)量，換熱效率進(jìn)行估算。經(jīng)過計(jì)算70%鍋爐負(fù)荷，將煙氣量、送風(fēng)量、一次風(fēng)量進(jìn)行如下調(diào)整，就能滿足出口煙溫調(diào)整要求。以提高鍋爐A側(cè)空預(yù)器出口煙溫為例，鍋爐A側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)調(diào)整為BMCR40%煙氣量，BMCR25%(送風(fēng)量+一次風(fēng)量)，B側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)調(diào)整為BMCR30%煙氣量BMCR45%(送風(fēng)量+一次風(fēng)量)，在就能滿足?？紤]到鍋爐還布置了熱二次風(fēng)再循環(huán)、脫硝煙氣旁路，因此還有較大調(diào)整余量。通過以上設(shè)備運(yùn)行情況考察，風(fēng)機(jī)出力分析。認(rèn)為過考察熱二次風(fēng)再循環(huán)、脫硝煙氣旁路、送引風(fēng)機(jī)協(xié)同調(diào)整，提高排煙溫度，整體提高空預(yù)器運(yùn)行溫度。在70%鍋爐負(fù)荷，僅通過風(fēng)機(jī)與低省配合就能滿足煙溫需要，并且低省后煙溫滿足安全運(yùn)行需要。因此從方案可行，公司現(xiàn)場具備提高煙溫進(jìn)行治理?xiàng)l件。4現(xiàn)場治理方案實(shí)施及效果2016年03月18日，由于#4B空預(yù)器壓差較大，在進(jìn)了充分準(zhǔn)備情況下，進(jìn)行了#4B空預(yù)器升溫試驗(yàn)。機(jī)組帶70%負(fù)荷，緩慢增大#4B側(cè)引風(fēng)機(jī)出力，降低#4B送風(fēng)機(jī)出力，同時(shí)開啟#4爐送風(fēng)機(jī)B側(cè)熱風(fēng)再循環(huán)，開啟SCR去B側(cè)煙氣旁路擋板提高B側(cè)空預(yù)器入口溫度。最終B側(cè)送風(fēng)機(jī)動調(diào)開度降至30%維持。#4B側(cè)空預(yù)器排煙溫度達(dá)180℃左右，經(jīng)過2小時(shí)候時(shí)其阻力開始降低，最終排煙溫度升高到230℃，考慮到空預(yù)器冷端漏風(fēng)的影響，空預(yù)器冷端蓄熱片的底部應(yīng)該達(dá)到了250℃，在此溫度下硫酸氫氨基本全部氣化，空預(yù)器阻力大幅降低。B側(cè)低溫省煤器全程投入，兩組換熱器流量調(diào)整至300t/h，有效的把電除塵入口煙溫降至158℃，滿足其后設(shè)備安全運(yùn)行?？疹A(yù)器升溫過程中的危險(xiǎn)點(diǎn)及注意事項(xiàng)：一是控制好升溫速率，防止由于膨脹不均造成卡澀;二是投入空預(yù)器冷端吹灰連續(xù)運(yùn)行，加強(qiáng)引風(fēng)機(jī)軸承溫度監(jiān)視;三是緩慢調(diào)整參數(shù)，防止煙溫過調(diào)超限危害電除塵、脫硫吸收塔設(shè)備安全;四是提高凝結(jié)水壓力，保證低溫省煤器大流量運(yùn)行，有效降低空預(yù)器后煙溫;五是加強(qiáng)另一側(cè)風(fēng)機(jī)參數(shù)監(jiān)視