空气预热器堵塞机理及防堵措施分析

付圣达，马文良

（国家能源集团华北电力有限公司廊坊热电厂，河北 廊坊 065000）

通常情况下空气预器都会设置在锅炉尾部，处于水蒸汽和硫酸蒸汽低温烟气区域，环境较为恶劣，所以在火力发电厂系统运行期间，空气预热器堵塞问题较为常见。但造成空气预热器发生堵塞的原因较多，且通常由多因素共同作用影响。比如，在脱销系统改造投运的情况下，导致氨逃逸量提升，进而在空预器流道当中产生化学反应，使硫酸氢铵产生，进一步使空预器受到沉积堵塞。在热风再循环运行不够合理的情况下，空预器冷端发生低温腐蚀情况，进而诱发沉积现象，产生堵塞问题[1]。为解决空气预热器堵塞问题，使火力发电厂系统运行的可靠性及安全性得到有效提升，鉴于此本文围绕空气预热器堵塞机理及防堵对策展开分析研究价值意义显着。

在火力发电厂空气预热器运行期间，如果发生堵塞问题，则会引发各种风险情况，包括：流道阻力升高，并增加风机功耗；换热呈现恶化的情况，且排温上升；使锅炉压力波动加大；漏风量增多[1-2]。

以某火力发电厂的机组为例，通过SCR 脱销改造之后，运行3 个月，发现机组出现明显的空气预热器堵塞问题，在对该机组空气预热器冷端换热元件灰垢进行取样分析结果显示：

1）对结渣位置进行分析，其中氮（N）元素的来源在于SCR 反应器出口位置逸出的氨气，对灰样当中硫酸铵的含量比重进行分析可得出这一结论[2]。同时，在添加比重高的还原剂的基础上，会使NOx的排放量降低，进一步使大量的氨气逸散。

2）对催化剂层数增设，增设第三层或者第四层，会使烟气当中的三氧化硫（SO3）浓度升高。通常，铵盐不会出现融化黏附的情况，究其原因主要是因为硫酸铵的熔点比较高。但若烟气温度突然降低，则会导致水蒸气增加，在硫酸铵溶于水的情况下，便易附着在受热壁当中。

3）对于硫酸铝来说，其形成与灰颗粒当中的铝结晶矿物质密切相关。基于温度骤然降低的条件下，会使硫酸雾浓度急剧升高，两者在发生化学反应的情况下，所产生的硫酸铝便会附着于催化剂表面。此外，受到水蒸气的影响，会使硫酸铵与硫酸铝形成硫酸盐二聚物，即灰样当中的铵明矾。其中的硫酸钙，则在燃烧过程中产生。

针对原始灰样进行微观形貌分析，发现当中的亚微米球形颗粒被部分絮状物包裹，使更大的颗粒形成。对于其中的絮状物，主要由硫酸盐构成，受到烟气温度突然降低的影响，在水蒸气增加的情况表，会使小颗粒灰分黏附在壁面之上。此外，针对选择的区域展开DES 元素分析，发现区域当中存在硫（S）元素与氮（N）元素，进而证实存在硫酸盐。

结合分析结果可知，在氨气逸散的情况下，会使分机叶片表面的硫酸盐出现积累情况。当然，使氨气逸散的原因较多，其一，处于进口烟气当中，NOx含量高，考虑到出口烟气当中的NOx浓度能够有效降低，进而使喷氨量增加；其二，进口的烟气当中，NOx含量分布不够均匀，会使局部NOx含量偏高情况发生，当偏高的NOx信号反馈到脱销控制系统时，会使喷氨量增加；其三，锅炉运行期间发生工况变化，在脱销系统的喷氨量控制调节难以对工况变化作出及时响应的情况下，会使氨逃逸量大大增加。

此外，因空预器冷端管壁温度一般在60～70℃之间，低温状况则一般处于45～60℃之间。所以，在排烟温度偏低的情况下，会大大提升烟气含水量，进一步和SO3发生反应形成硫酸酸雾，当在灰粒表面附着的情况下，会使灰粒的粘附力增加，使灰粒处于预器冷端管壁的沉积逐渐增加，日积月累，产生严重灰垢，最终便会导致空气预热器发生堵塞问题。

针对硫含量不同的煤，根据一定的比例购进，然后合理掺混不同硫含量的燃煤，使进入炉膛的燃煤硫含量控制在小于1.49%，并以烟气脱硫工艺为依据，使硫酸氢铵的生成量得到有效降低。

在对空气预热器差压变化进行监测的基础上，将空预器的积灰程度反映出来，以此当作吹灰操作的重要参考依据，并对吹灰次数进行合理调整。在差压偏大的情况下，可采取持续吹灰操作。此外，对于省煤器的吹灰装置，需维持正常投运，使空预器末端积灰有效减少，进一步使流道阻力降低。

针对部分特殊状况，比如在积灰严重、差压偏大的情况下，会使机组带负荷的能力受到较大程度的影响。对此，电厂运行工作人员在停机检修过程中，需规范使用高压水冲洗空气预热器。值得注意的是，在冲洗过程中，需合理控制冲洗方向，首先进行“自下而上”的冲洗，进一步进行“自上而下”的冲洗，使灰垢淤积在换热元件间隙的情况避免发生。在冲洗完成之后，需维持自然晾干状态，或采取强制通风吹干处理措施。此外，高压冲洗水系统在线使用过程中，压力需不小于25 MPa，由于压力偏高，会对空气预热器蓄热元件、密封造成较大的损坏状况。因此，并非特殊情况，不建议采取高压冲洗水系统对空气预热器进行冲洗。

有学者表示，针对空气预热器堵塞问题，可改造空气预热器蓄热元件，但采取该方法，在空气预热器运行一段时间之后，堵灰现象再次出现，由此说明空气预热器堵塞问题没有得到完全解决。还有学者表示可采取冷风加装暖风器处理方法，虽然该方法能够提升暖风器的运行效率，但暖风器加热运行期间也存在一些缺陷，比如暖风器易发生漏泄、在排烟温度受到影响下使机组整体运行效率降低等。对此，有必要进一步加强空气预热器循环风防堵策略，即：

1）基于空气预热器冷端，选取1 个温度偏低的部位，然后在此部位进行1 个循环风分仓和循环风机的设置，使热风在风道内持续得到驱动循环。冷风则处于空气预热器热端进行热量的吸收，在产生大概为290 ℃热风的情况下，进一步对空气预热器冷端进行换热处理，对冷端温度比较低的金属进行加热处理，以此增加1 个换热设备，使空气预热器冷端金属温度分布不够均匀情况得到有效减少，从而使空气预热器局部温度偏低的情况得到有效预防控制。

2）在风机调节方面，使用变频调节方式，以环境温度、空气预热器冷端增加安装的红外测点测量得到的元件温度情况为依据，对风量进行合理调节，使冷端蓄热元件加热的目标得到有效满足，进而使风机电耗得到降低。需注意的是，产生的热风会带有一定的热量，无需利用外部热源对局部蓄热元件进行加热，可以使能量最优使用的目标得到有效实现。同时，对于被加热的部位，与烟气侧的蓄热元件维持良好的连接关系，倘若此部位温度偏低，则易出现结露的情况，进而引发堵塞问题。所以，需对此部位蓄热元件的温度适当提升，以此使堵塞问题得到有效避免，且无需应用过多的热量提升整体冷端温度，进一步使对排烟温度的影响得到有效减轻。此外，在设置单独分仓格的条件下，能够使热量集中。

火力发电厂空气预热器在运行过程中可能出现一些不良工况问题，在未能得到有效解决的情况下，会引发空气预热器堵塞，使空气预热器运行的可靠性及安全性受到很大程度的影响。因此，需明确空气预热器发生堵塞问题的机理，合理掺混高低硫燃煤，确保吹灰操作的合理性，对空气预热器进行规范冲洗，加强空气预热器循环风防堵等。火力发电厂采用合理方式可以使空气预热器堵塞问题得到有效预防控制，进一步提升火力发电厂空气预热器运行的可靠性及安全性。