概述

目前火力發(fā)電機(jī)組多采用SCR（Selective Catalytic Reduction）即為選擇性催化還原技術(shù)，是在一定溫度條件下，利用催化劑的催化作用，促進(jìn)氨和煙氣污染物氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退瑥亩_(dá)到脫除氮氧化物效果的煙氣凈化技術(shù)。對(duì)于SCR法煙氣脫硝，NH3和NOX不能全部混合，逃逸是不可避免的，當(dāng)逃逸率超標(biāo)時(shí)NH3與SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨（NH4HSO4）堵塞空預(yù)器。NH4HSO4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(duì)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(dòng)大而跳閘，有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)設(shè)備和機(jī)組工況要求較為苛刻，常伴隨煙氣壓差減小效果不明顯這種情況。

1、硫酸氫氨對(duì)空預(yù)器的影響

1.1硫酸氫銨生成

NH4HSO4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。而煙氣中的SO3 進(jìn)一步同煙氣中逃逸的氨反應(yīng),生成硫酸氫銨和硫酸銨,其反應(yīng)如下：

NH3 + SO3 + H2O＝NH4HSO4

2NH3 + SO3 + H2O＝(NH4 )2SO4

通常情況NH4HSO4結(jié)晶溫度為147℃，當(dāng)空預(yù)器煙氣溫度在147-230℃區(qū)間時(shí)，NH4HSO4正是液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變階段，具有極強(qiáng)的吸附性，造成大量灰分在空預(yù)器沉降，引起空預(yù)器堵塞及阻力快速上升。另外，在高粉塵環(huán)境中發(fā)生結(jié)垢的金屬壁溫比硫酸氫氨的露點(diǎn)溫度低4.4℃，實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)過空預(yù)器的硫酸氫銨大部分沉積在灰粒上，隨煙氣帶走，大概30%的硫酸氫銨沉積到空預(yù)器傳熱元件上。

圖1氨逃逸與空預(yù)器壓差變化曲線

1.2硫酸氫氨危害

對(duì)于SCR法煙氣脫硝，NH3和NOX不能全部混合，逃逸是不可避免的，當(dāng)逃逸率超標(biāo)時(shí)NH3與SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨（NH4HSO4）堵塞空預(yù)器。NH4HSO4因其特殊物理性質(zhì)，極易吸附并粘結(jié)在空預(yù)器仲文段和冷段換熱元件上造成堵塞，導(dǎo)致蒸汽吹灰投入時(shí)長(zhǎng)及頻率增加，加劇密封片或密封組件吹損，不斷加劇空預(yù)器冷端漏風(fēng)。

1.3硫酸氫氨特性

針對(duì)NH4HSO4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)重的液體黏稠狀態(tài)。NH4HSO4以上兩種狀態(tài)常規(guī)的蒸汽吹灰和激波吹灰難以去除，在174℃以上受熱揮發(fā)，在323℃以上時(shí)開始大量揮發(fā)，以上時(shí)升華為氣相狀態(tài)。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)器換熱元件中部和下部。由于這種相變是可逆的，通過空預(yù)器冷端熱風(fēng)加熱技術(shù)將射流風(fēng)加熱到400℃-450℃，加熱后的熱風(fēng)通過空預(yù)器冷段和中溫段將NH4HSO4完全汽化隨風(fēng)帶走，從而解決因硫酸氫銨造成的空預(yù)器堵塞問題。

2、空預(yù)器本體漏風(fēng)分類

2.1直接漏風(fēng)

直接漏風(fēng)主要取決于煙空氣的壓差和密封間隙。其公式如下：

式中：

ΣLD —— 各部分直接漏風(fēng)量的總和（kg/h）;

A —— 計(jì)算處的泄露面積(m2);

ρ —— 計(jì)算處的空氣密度（kg/m3）;

Δp —— 計(jì)算處的煙空氣之間壓差（Pa）;

K —— 阻力系數(shù)，取用0.65；

泄漏面積的大小涉及預(yù)熱器型號(hào)大小、熱力溫度參數(shù)、不同密封裝置、預(yù)熱器的支撐方式所引起熱態(tài)工況的膨脹差異，以致于各個(gè)計(jì)算方法也不同。還要考慮由于制造、安裝等未覆蓋的泄漏面積ΔA，這個(gè)ΔA是純經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，它與工廠的制造和設(shè)計(jì)水平以及工地安裝的技術(shù)水平有關(guān)。不同國家有不同的工業(yè)和技術(shù)水平，所取的數(shù)值也應(yīng)不同。

2.2攜帶漏風(fēng)

式中：

LE —— 轉(zhuǎn)子從空氣側(cè)旋轉(zhuǎn)到煙氣側(cè)的倉格空間中空氣攜帶到煙氣中的量（kg/h）；

0.94 —— 轉(zhuǎn)子構(gòu)件占據(jù)容積的修正系數(shù)；

n —— 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（r/min）；

ρA —— 進(jìn)出口空氣的平均速度（kg/m3）；

R —— 轉(zhuǎn)子內(nèi)半徑（m）；

Rf —— 端板半徑（m）；

rp —— 轉(zhuǎn)子中心筒半徑（m）；

E+a —— 傳熱元件籃子框架的最高線和最低線之間的距離（m）；

0.85 —— 系數(shù)，受熱元件的自由流量截面與轉(zhuǎn)子橫截面的比值；

K —— 上下扇形板的密封面之間距離減去(E+a) (m)

空預(yù)器本體結(jié)構(gòu)決定了熱態(tài)運(yùn)行漏風(fēng)由以上兩種方式構(gòu)成，直接漏風(fēng)可以通過技術(shù)手段減少，但是面對(duì)現(xiàn)階段超低排放下的運(yùn)行方式傳統(tǒng)技術(shù)手段就難以滿足要求了。

3、現(xiàn)階段空預(yù)器漏風(fēng)原因

由于脫硝運(yùn)行過程中硫酸氫氨的生成加劇空預(yù)器堵塞，為了減少空預(yù)器堵塞，實(shí)際運(yùn)行中蒸汽吹灰經(jīng)常長(zhǎng)周期運(yùn)行，造成空預(yù)器徑向密封一年檢修期內(nèi)就失效的現(xiàn)狀，無論是硬密封還是柔性密封都有嚴(yán)重的吹損。

3.1、蒸汽吹灰吹損

3.1.1硬密封吹損

某電廠#2機(jī)組空預(yù)器2019年10月5日完成冷熱端密封片全新更換，運(yùn)行8個(gè)月后空預(yù)器排煙溫度顯著降低由原來135℃降低到105℃，當(dāng)時(shí)判斷空預(yù)器冷端徑向硬密封吹損，待2021年3月15日停爐檢修發(fā)現(xiàn)空預(yù)器冷端徑向密封片完全吹損。空預(yù)器漏風(fēng)率由2019年12月5日測(cè)試的5%以下增加到2020年8月測(cè)試的16%。

圖3-1冷端徑向硬密封吹損

3.1.2柔性密封吹損

某電廠空預(yù)器冷端拆除的柔性密封吹損情況，轉(zhuǎn)軸處吹損導(dǎo)致柔性密封失效。

圖3-2冷端柔性密封吹損

3.2冷端腐蝕

燃料中的硫燃燒生成二氧化硫(S+O2=SO2)，二氧化硫在催化劑的作用下進(jìn)一步氧化生成三氧化硫(2SO2+O2=2SO3，SO3與煙氣中的水蒸汽生成硫酸蒸汽(SO3+H2O=H2SO4)。硫酸蒸汽的存在使煙氣的露點(diǎn)顯著升高。由于空預(yù)器中空氣的溫度較低，預(yù)熱器區(qū)段的煙氣溫度不高，壁溫常低于煙氣露點(diǎn)，這樣硫酸蒸汽就會(huì)凝結(jié)在空預(yù)器受熱面上，造成硫酸腐蝕。

3.3飛灰磨損

由煙氣中的飛灰對(duì)傳熱元件及密封組件碰撞造成飛灰磨損，磨損速率和流場(chǎng)分布有關(guān)。

小結(jié)：

以上三種情況對(duì)空預(yù)器漏風(fēng)影響比較大的是蒸汽吹灰吹損，主要原因是蒸汽吹灰頻率及周期長(zhǎng)，蒸汽介質(zhì)嚴(yán)重吹損空預(yù)器本體造成空預(yù)器漏風(fēng)控制不能長(zhǎng)期有效。

4、現(xiàn)階段各種漏風(fēng)控制技術(shù)應(yīng)用情況

4.1硬密封

現(xiàn)階段國內(nèi)大型火電廠用回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，絕大部分采用48分倉硬密封控制漏風(fēng)，包含徑向密封片和軸向密封片等，具有投資低，安裝方便等特點(diǎn)。

4.2柔性密封

國內(nèi)部分火力發(fā)電廠空預(yù)器漏風(fēng)控制采用柔性密封技術(shù)進(jìn)行控制。其基本工作原理：將扇形板固定在某一合理位置，柔性接觸式密封系統(tǒng)安裝在徑向轉(zhuǎn)子格倉板上，在未進(jìn)入扇形板時(shí)，柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5mm-10mm 。當(dāng)柔性接觸式密封滑塊運(yùn)動(dòng)到扇形板下面時(shí)，合頁式彈簧發(fā)生形變，當(dāng)該密封滑塊離開扇形板后，合頁式彈簧將密封滑塊自動(dòng)彈起，以此循環(huán)進(jìn)行。

4.3隨動(dòng)密封

隨動(dòng)密封組件安裝后下端面比固定密封片下端面長(zhǎng)20mm，固定密封片在間隙調(diào)整時(shí)按照原空預(yù)器設(shè)計(jì)間隙值調(diào)整。調(diào)整后的隨動(dòng)密封板能夠與冷端扇形板進(jìn)行接觸，實(shí)現(xiàn)無間隙密封。

特性：隨動(dòng)密封組件無轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)及上下運(yùn)動(dòng)的多維運(yùn)行，完全適應(yīng)在空預(yù)器熱膨脹變形。本體由厚度8mm的耐磨板組成，具有不積灰、防卡澀等特性。

5、改進(jìn)措施

我廠空預(yù)器漏風(fēng)控制原來采用硬密封結(jié)合柔性密封的方式，檢修發(fā)現(xiàn)蒸汽吹損嚴(yán)重，現(xiàn)階段600MW機(jī)組空預(yù)器冷端采用耐吹損密封技術(shù)，取得了良好的空預(yù)器漏風(fēng)控制效果，克服了蒸汽吹灰?guī)淼拇祿p問題，實(shí)現(xiàn)了空預(yù)器漏風(fēng)控制長(zhǎng)周期運(yùn)行。

結(jié)語：鑒于現(xiàn)階段機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀，空預(yù)器全負(fù)荷漏風(fēng)控制尤為重要，漏風(fēng)控制技術(shù)要能夠滿足中低負(fù)荷下的空預(yù)器漏風(fēng)控制，更要滿足長(zhǎng)周期蒸汽吹灰條件下空預(yù)器密封組件長(zhǎng)周期使用。

（以上內(nèi)容有部分修改）

來源：北極星電力網(wǎng)

作者：徐江

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