摘 要：空氣預(yù)熱器作為電站鍋爐的重要設(shè)備，目前存在的主要問題是空預(yù)器易發(fā)生腐蝕和堵灰現(xiàn)象，這主要是由于傳統(tǒng)的煙氣低溫腐蝕和氨逃逸帶來的硫酸氫銨腐蝕的影響。針對(duì) 2 種不同的影響因素，需要采取不同的解決措施。在分析空預(yù)器堵塞原因的基礎(chǔ)上，綜述了近年來我國(guó)為解決空預(yù)器堵塞而采取的相關(guān)措施，如優(yōu)化暖風(fēng)器設(shè)計(jì)、采用堿性吸收劑控制 SO3的技術(shù)、空氣預(yù)熱器的改造等。

關(guān)鍵詞：暖風(fēng)器；低溫腐蝕；空氣預(yù)熱器；氨逃逸

當(dāng)前燃煤發(fā)電作為我國(guó)最主要的發(fā)電形式，面臨節(jié)能減排要求的日漸提升，煤價(jià)的不斷上漲，鍋爐空預(yù)器的出口煙溫也越來越低，僅略高于酸露點(diǎn)的溫度。

在低溫?zé)煔猸h(huán)境中，空氣預(yù)熱器容易發(fā)生低溫腐蝕和堵灰現(xiàn)象，某 300 MW 燃煤機(jī)組，采用電袋除塵器除塵，機(jī)組運(yùn)行了半年的時(shí)間，空氣預(yù)熱器已經(jīng)堵塞，在濾袋的表面附著著大量的黏附物，黏附物為有較強(qiáng)的黏附能力的黑色硬質(zhì)物質(zhì)，黏附物很難通過人為手工去除?？諝忸A(yù)熱器堵塞造成電袋除塵器的運(yùn)行阻力增大，煙塵排放超標(biāo)；同時(shí)也導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的通道阻力增大，增加了風(fēng)機(jī)的電耗。若堵灰嚴(yán)重時(shí)則必須采取停爐的措施，將增加機(jī)組非正常停機(jī)的次數(shù)，嚴(yán)重影響了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于北方的電站鍋爐，在冬季的情況下，空氣預(yù)熱器由于入口處空氣初始溫度偏低，低溫腐蝕積灰的問題也更加嚴(yán)重?？諝忸A(yù)熱器堵灰會(huì)影響機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行，降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，因此，解決空氣預(yù)熱器的腐蝕積灰問題對(duì)于保障機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行有重要的意義。

空預(yù)器腐蝕積灰的主要原因有2 種：煙氣的低溫腐蝕和氨逃逸造成的硫酸氫銨腐蝕。針對(duì)這 2 種不同的腐蝕積灰原因，必需要采取相應(yīng)的不同措施，以增強(qiáng)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

1 煙氣低溫腐蝕

煙氣低溫腐蝕是指當(dāng)鍋爐的排煙溫度低于煙氣的酸露點(diǎn)時(shí)，在鍋爐的低溫受熱面上會(huì)凝結(jié)煙氣中的水蒸氣和硫酸蒸氣，凝結(jié)的水蒸氣和硫酸蒸氣與傳熱管壁的金屬材質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬硫酸鹽，導(dǎo)致管壁處腐蝕，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，管壁處發(fā)生積灰，積灰導(dǎo)致傳熱管的傳熱性能減弱，受熱面壁溫因此降低。

控制鍋爐煙氣低溫腐蝕從理論上來說就是控制鍋爐低溫受熱面的金屬壁溫要高于煙氣的露點(diǎn)溫度，煙氣的露點(diǎn)溫度一般低于 75 ℃。從電廠的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果看，鍋爐空預(yù)器的冷端壁溫只要高于 75 ℃，就能夠避免發(fā)生煙氣低溫腐蝕。而在冬季工況和機(jī)組低負(fù)荷工況的情況下，鍋爐低溫受熱面的金屬壁溫較正常工況下有所下降，需要采取有效的設(shè)計(jì)措施以防止發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，才能避免發(fā)生低溫腐蝕現(xiàn)象。通常采取的措施是增加暖風(fēng)器設(shè)計(jì)，在冬季工況下，通過暖風(fēng)器換熱將鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度提高到 20℃；在機(jī)組低負(fù)荷工況下，也可通過暖風(fēng)器換熱將鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度提高到適當(dāng)溫度。以防止煙氣的低溫腐蝕，同時(shí)增加了煙氣余熱利用率。

一般在空預(yù)器進(jìn)口與送風(fēng)機(jī)出口之間或者送風(fēng)機(jī)入口的管道上安裝暖風(fēng)器。暖風(fēng)器在一年大部分時(shí)間內(nèi)均可不投入運(yùn)行，當(dāng)其停運(yùn)時(shí)，由于作為設(shè)備的暖風(fēng)器本身存在阻力會(huì)增加風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電耗，同時(shí)暖風(fēng)器的換熱元件上也會(huì)積攢灰塵，這些灰塵是隨送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)風(fēng)道入口進(jìn)入的，也增加了風(fēng)道的阻力。為了減小暖風(fēng)器停運(yùn)時(shí)的增加的風(fēng)道阻力，降低風(fēng)機(jī)的電耗，增加機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，可采用抽屜式暖風(fēng)器、旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器及熱風(fēng)再循環(huán)等方式。經(jīng)過綜合比較來看，其中旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器操作簡(jiǎn)單，在達(dá)到暖風(fēng)器增加進(jìn)口風(fēng)溫，防止空預(yù)器低溫腐蝕目的的同時(shí)，還能夠使廠用電降低，節(jié)能降耗。

疏水方式對(duì)暖風(fēng)器的運(yùn)行效果的有重要的影響，暖風(fēng)器疏水的回收方式主要有 2 種：

1） 高壓疏水方式，即用疏水泵將疏水輸送至除氧器；

2） 低壓疏水方式，即系統(tǒng)安裝疏水器設(shè)備，將疏水疏至凝汽器。

比較兩種疏水方式，高壓疏水方式在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)疏水不通暢的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致管道內(nèi)部汽水兩相共存，發(fā)生振動(dòng)和腐蝕，造成暖風(fēng)器的泄漏，致使暖風(fēng)器不能起到應(yīng)有的作用[7]，而低壓疏水方式不存在汽水兩相共存的現(xiàn)在，可以保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，是近年來國(guó)內(nèi)外普遍采用暖風(fēng)器系統(tǒng)蔬水方式，暖風(fēng)器低壓疏水方式示意圖如圖 1 所示。

圖 1 暖風(fēng)器低壓疏水方式

2 氨逃逸帶來的硫酸氫銨腐蝕

目前國(guó)際國(guó)內(nèi)形勢(shì)下，對(duì)燃煤電站的環(huán)保排放要求越來越嚴(yán)格，為了達(dá)到氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)，燃煤電站大量采用在煙道中噴入液氨或尿素等還原劑的方式以降低氮氧化物的排放量，在此過程中氨氣發(fā)生揮發(fā)而后隨著煙氣的排放而排放，造成氨逃逸現(xiàn)象。煙氣經(jīng)過SCR裝置時(shí)，部分SO2在催化劑的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)生成SO3，SO3與逃逸的NH3及水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成NH4HSO4和(NH4)2SO4。其中較多地生成NH4HSO4，而(NH4)2SO4產(chǎn)生量很少，且為粉末狀，處于積灰中，對(duì)空氣預(yù)熱器幾乎無影響。而NH4HSO4的沸點(diǎn)為350℃，熔點(diǎn)為147℃，空預(yù)器的冷端溫度較低，溫度區(qū)間處于NH4HSO4熔點(diǎn)溫度范圍內(nèi)，此時(shí)NH4HSO4的黏性很大，容易黏附煙氣中帶入的飛灰顆粒，將其吸附在空預(yù)器的冷端管壁上，造成管壁的腐蝕和積灰，增加了空預(yù)器阻力的同時(shí)降低了空預(yù)器的傳熱能力。不同煤種中硫元素含量的不同對(duì)空預(yù)器腐蝕的影響程度也不同，含硫量越高的煤種其煙氣中SO3的濃度越大，生成的NH4HSO4越多，空預(yù)器的腐蝕積灰越嚴(yán)重。

降低空預(yù)器的積灰腐蝕需要減少NH4HSO4的生成，即減少煙氣中 SO3含量以及 NH3的逃逸量。煙氣中的 SO3包括來自入煤中的硫在爐膛通過高溫燃燒反應(yīng)及 SCR 催化劑的催化作用下生成的 SO3，煙氣中還存在部分 SO2，煙氣中的 SO2經(jīng)過 SCR 裝置時(shí)，會(huì)生成 SO3，使得 SO3的總體積分?jǐn)?shù)升高可高達(dá) 10-4以上，易導(dǎo)致催化劑中毒。目前，降低煙氣中 SO3含量的方法主要是采用堿性吸收劑。該方法是通過向爐膛內(nèi)或煙氣中噴入不同的化學(xué)物質(zhì)與SO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到脫除 SO3的目的。常用的化學(xué)物質(zhì)包括：堿性氧化物 （氧化鎂、氧化鈣、堿如氨、氫氧化鈣、氫氧化鎂等），帶堿性的鹽類物質(zhì) （碳酸鈉或者天然堿），SO3的脫除效率能夠達(dá)到90%以上。這種使用吸收劑的方法能夠有效地降低煙氣中的 SO3的含量。

煙氣中氨的來源主要是逃逸的氨，可以從改造空預(yù)器本體以及控制脫硝系統(tǒng)氨逃逸 2 方面考慮，采取措施減少生成硫酸氫氨的危害。

其中對(duì)空預(yù)器的改造主要包括：

1） 為了避免空預(yù)器中溫段下部至冷段間的溫度在 NH4HSO4熔點(diǎn)溫度范圍內(nèi)，可將空預(yù)器傳熱元件設(shè)為二段布置，或者三段布置 （熱端加防磨層），從而能夠避免 NH4HSO4的沉積區(qū)域分段導(dǎo)致的局部嚴(yán)重堵灰現(xiàn)象發(fā)生。

2） 為了便于清除空預(yù)器堵灰，可采用大通道的波紋板作為空預(yù)器的冷段材質(zhì)。該方法能夠增大煙氣的流通截面，使 NH4HSO4及其他灰塵雜質(zhì)等不易粘附于表面。

3） 搪瓷材質(zhì)表面較為光滑，不易黏附雜物，且易于清理，因此可采用在表面鍍搪瓷的方法增強(qiáng)換熱元件的抗黏附能力。

4） 空預(yù)器增設(shè)吹灰設(shè)備。采用過熱蒸汽為介質(zhì)，清除受熱面的積灰。吹灰設(shè)備主要有蒸汽吹灰器、激波吹灰器和聲波吹灰器。

脫硝系統(tǒng)中當(dāng)氨的逃逸量為 1 μL/L 以下時(shí)，煙氣中的氨含量很少，NH4HSO4生成量也很少，此時(shí)空預(yù)器的堵塞現(xiàn)象較輕；當(dāng)氨逃逸量增加到 2 μL/L時(shí)，空預(yù)器正常運(yùn)行 0.5 年后發(fā)生明顯的堵塞現(xiàn)象；當(dāng)氨逃逸量增加到 3 μL/L 時(shí)，空預(yù)器正常運(yùn)行 0.5年堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，控制氨逃逸量是保證空預(yù)器性能的關(guān)鍵。脫硝系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，造成氨逃逸率高的原因主要是催化劑活性降低、NOx和NH3濃度場(chǎng)分布不均勻以及氨過噴。NOx和 NH3濃度場(chǎng)分布不均勻可通過調(diào)整噴氨的各閥門開關(guān)程度調(diào)整濃度場(chǎng)分布。SCR 催化劑的使用壽命一般為3 年。在催化劑使用 15 000～20 000 h 后，其活性通常約降低 1/3。此時(shí)如果要提高 NOx轉(zhuǎn)化率，需要增大催化劑的注入量，但這又會(huì)造成 NH3逃逸水平的增高 （>5 μL/L）。因此，工程中采用通過預(yù)留催化劑將來層的方法來控制 NH3逃逸率，即在 SCR 投運(yùn)的初始階段，使用 2 層或 3 層催化劑；2 年后，新增 l 層催化劑；3 年后，更換已到使用壽命的催化劑，確保 NH3逃逸率始終控制在 3 μL/L 以下。

3 結(jié)束語(yǔ)

空預(yù)器設(shè)備的積灰腐蝕現(xiàn)象是不可避免的，但是可以通過相應(yīng)的優(yōu)化措施減輕積灰腐蝕的程度，降低積灰腐蝕對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響。煙氣低溫腐蝕目前主要采用增加暖風(fēng)器的方法減少腐蝕的影響，在冬季或低負(fù)荷工況時(shí)暖風(fēng)器可提高鍋爐的進(jìn)風(fēng)溫度。在電廠改造增加SCR脫硝系統(tǒng)后，不可避免的會(huì)產(chǎn)生氨逃逸現(xiàn)象，在空預(yù)器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸氫銨。造成空預(yù)器的腐蝕積灰，通過對(duì)空預(yù)器的設(shè)計(jì)改造包括換熱元件材料的升級(jí)處理，以及對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化控制能夠有效地減輕硫酸氫銨對(duì)空氣預(yù)熱器的不利影響，從而保障空預(yù)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。