SCR对回转式空气预热器的堵塞原因分析及防范措施

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇SCR对回转式空气预热器的堵塞原因分析及防范措施范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要 ：本文针对当前新建火电厂进行scr或老机组烟气脱硝改造之后，空气预热器出现阻力增加的问题，从技术层面上对空气预热器堵塞的机理进行分析，对造成空气预热器堵塞的影响因素逐一进行分析，提出了空气预热器堵塞的判定准则，最后对减轻空气预热器堵塞的方法进行了论述。

关键词：回转式预热器 堵塞 原因分析 措施

中图分类号：TM62 文献标识码：A

一、绪论

随着NOx排放标准《火电厂大气污染物排放标准（GB 13223-2011 ）的颁布，火电厂将执行更为严格的NOx排放标准，而SCR技术以高脱硝率、几乎无二次污染等优点，将成为控制NOx排放的主流技术。在近几年火电厂进行的脱硝改造中，几乎都是使用的SCR技术。随着SCR脱硝系统的运行，空气预热器的阻力呈现增加的趋势，部分电厂出现空气预热器严重堵塞而不得不停机清洗的问题。客观的讲，当火电厂进行SCR或者SNCR烟气脱硝改造之后，空气预热器阻力增加的问题是不可避免的，如果电厂运行操作不当是极有可能出现空气预热器严重堵塞的问题，引发事故停机，本文从技术层面上对空气预热器堵塞的机理进行分析，对造成空气预热器堵塞的影响因素逐一进行分析，提供了空气预热器堵塞的判定准则，最后对减轻空气预热器堵塞的方法进行了论述。

二、空气预热器堵塞的机理

在火电厂空气预热器是安装在锅炉尾部烟道的脱硝反应器后部，在脱硝烟气环境中，烟气含有一定SO3、NH3及H2O气体，会发生以下两个反应生成硫酸铵和硫酸氢铵：

2NH3+SO3+H2O（NH4）2SO4

NH3+ SO3+ H2ONH4HSO4（造成空预器阻力升高和堵塞）

其中：逃逸氨浓度：3ppm（不是平均值）；

SO3浓度：燃烧和灰中钒氧化物附着在受热面上催化生成，0.5～1.5%生成SO3；催化剂催化生成：催化剂中的活性成分V2O5，SO2 SO3小于1% ；

H2O是由煤中内水和外水组成，燃烧生成水蒸气，进入空气预热器后又凝结成水。

二、空气预热器堵塞的机理

图1硫酸铵（AS）和硫酸氢铵（ABS）生成区域与SO3、NH3浓度和温度的关系

需要指出一点：硫酸氢铵生成的温度受到SO3和NH3浓度的影响，但此温度并不代表空预器发生堵塞的温度。

硫酸氢氨在不同的温度下分别呈现气态、液态、颗粒状。只有液态的硫酸氢铵附着在空气预热器受热面上会捕捉烟气中的飞灰从而造成空气预热器的堵塞。而空气预热器堵塞的位置不仅与液态硫酸氢铵的生成温度有关系，在很大程度上也与烟气中的飞灰浓度大小相关。当烟气中飞灰浓度较低时（通常是在除尘器之后或是湿法脱硫系统中），发生硫酸氢铵沉积导致堵塞的区域的温度与图1中硫酸氢铵生成的温度较为一致；但是当烟气中飞灰浓度高于4g/Nm3时，空气预热器开始发生堵塞的温度区间为300～375（150℃～190℃）（此研究结果来自于EPRI，1998）。

三、空气预热器堵塞的判定准则

由于空气预热器的堵塞主要是由于液态硫酸氢铵的沉积造成，而液态硫酸氢铵的形成和烟气中的SO3、NH3、烟气温度、空气预热器受热面温度等相关，所以Burke和Johnson在1982年提出了一个能够预测空气预热器堵塞严重程度的经验公式：

沉积系数（DN）=（NH3）×（SO3）×（TAbs-Trep）

式中：（NH3）为烟气中NH3的体积浓度，ppm；

（SO3）为烟气中SO3的体积浓度，ppm；

TAbs为NH4HSO4的生成温度，℃；

Trep=0.7×Tcold-end+0.3×Texit gas，为空预器出口特征温度，℃；

Tcold-end为空预器冷端受热面温度，℃；

Texit gas为空预器出口烟气温度，℃。

当DN

当DN>30000，空气预热器堵塞可能性较大。

例如某厂在进行SCR改造后，发现空预器差压增加速度较快，10天内空预器差压增加的幅度是过去未进行SCR改造10个月内差压增加幅度的两倍。经调研发现，该厂近期锅炉燃烧的是高硫煤，硫份达到4%。经计算沉积系数为22486，属于中度偏上堵塞的可能性。

四、空气预热器堵塞影响因素分析

硫酸氢铵在空气预热器受热面上的沉积是影响空气预热器堵塞的直接原因。而影响空气预热器堵塞的主要因素有两方面：即空气预热器中烟气中NH3和SO3的浓度的影响；空气预热器本体结构的影响。

1空气预热器中烟气中SO3和NH3浓度的影响分析

对于SO3 是：

（1）煤种的硫份，直接影响燃烧生成的SO3数量； ；

（2）烟气中飞灰的无机成分（主要是钒，会随飞灰附着在金属受热面上对SO2转化为SO3有催化作用）

（3）SCR催化剂中钒的含量，同样对SO2转化为SO3有催化作用。

对于NH3 是：

（1）进入催化剂之前NH3/NOx混合均匀性；

（2）烟气温度，不能过高或过低；

（3）SCR催化剂的催化活性。

除了以上因素，锅炉燃料的其它特性也会影响NH3、SO3和硫酸氢铵的形成。影响最大的因素有：（1）氮、氧和挥发分（影响NOx的生成）；（2）氯，增加了空气预热器的腐蚀；（3）飞灰中的氧化钙和氧化镁，会影响SO3的浓度；（4）钒，主要存在于燃油设备中，会增加SO2的氧化。由于各种燃煤中这些物质含量不同，会影响烟气中的NOx含量，从而需要对SCR系统做出相应的调整，如果运行操作不当的话就会造成逃逸氨的增加。

2空气预热器本体结构的影响分析

回转式空气预热器的换热片通常有两种形式：开式（图2）和闭式（图3）。

（1）换热元件的类型

目前所有运行的回转式空气预热器的换热元件都是由换热片按照一定的顺序组成供烟气和空气通过的通道来传递热量。如图示出的一种闭式换热片（图2所示），闭式换热片是由一系列凹型金属片倚靠在平板上构成，这种结构分隔出很多个独立的流体通道，气体从这些通道流过时，相互之间不接触。

双波纹式换热片（DU）是一种典型的开式换热元件，如图3所示。这种换热元件波纹状的换热片之间相互搭接，不形成独立的流体通道，气体从开式换热元件通过时相互之间可以接触。

开式或是闭式换热元件的选择受到多种因素的影响。从吹灰效果的角度来看，闭式换热元件的吹灰效果要比开式换热元件的吹灰效果好。这是因为对于闭式换热元件，吹灰介质的能量能够有效的集中在某个通道内，而不会扩散到相邻通道内，这样会得到更好的吹灰效果。而对于开式换热元件，吹灰介质的能量会扩散到相邻通道中，沉积物受到的吹灰能力相对就弱一些。

（2）换热段的长度/特性（单层或是分层）

加热元件的长度和使用单层或是分层的换热元件影响到硫酸氢铵沉积的严重程度。空气预热器的冷端、中间段和热端换热元件的长度直接影响到空气预热器的温度特性。这个温度特性直接决定了硫酸氢铵的沉积位置。一般来说，较短的中间段换热元件有更高的堵塞可能性。

传统的空气预热器设计冷端的长度只有12inch（300mm），从德国开始，然后是日本和美国相继增加了冷端的长度至48inch（1200）。这样修改的目的是确保硫酸氢铵生成的温度区间和酸露点温度都在同一个换热元件内。当然必须要注意的是空气预热器换热元件的温度特性受到了很多因素的影响：元件的材料、口径和旋转速度，这些在换热元件设计时都必须考虑进去

另一方面，由于层与层之间存在机械破坏，当流体通过两层之间的分界面时，会产生扰动，这种扰动有利于硫酸氢铵沉积物的形成。所以在进行空预器受热面分层设计时，要避免层与层之间的分界面在硫酸氢铵沉积的区域处。有分层的空气预热器中，上游换热器模块的尾部边缘和下游换热器模块的前部边缘都是容易发生沉积的区域。

（3）换热元件的材料选择

由于空气预热器中换热元件暴露在易腐蚀性、含尘的烟气环境下，所以换热器元件的材质选择必须谨慎。在前些年，碳钢和低合金耐腐蚀钢（LACR）被广泛的用来制作换热器元件。但是后来发现在硫酸氢铵容易生成的区域使用镀搪瓷材料能够降低硫酸氢铵的沉积速率和酸的腐蚀速率。镀搪瓷的换热元件主要有以下优点： 卓越的耐腐蚀能力；高强的耐机械和热冲击能力；耐气流冲刷和磨损能力。

客观的讲，逃逸氨在SCR烟气脱硝系统中是不可避免的，而SO3的体积在SCR烟气脱硝系统中也必然是会有所增加，而生成硫酸氢铵的温度区间恰好与空气预热器中换热元件的温度区间有重叠。所以当火电厂增加SCR脱硝系统之后，在空气预热器中必然会有硫酸氢铵的出现。但是优秀的SCR脱硝系统设计、空气预热器系统设计和良好的运行操作维护是可以很大程度减轻或者避免硫酸氢铵对空气预热器的负面影响。

五、空气预热器堵塞的预防和治理方法

表2给出了空气预热器堵塞影响因素数值范围以及应该采取的预防措施。如表2所示，当SO3浓度低于2-3ppm、NH3浓度低于1-2ppm时，基本不用担心空气预热器的堵塞问题。但是当SO3和NH3浓度高于这个值时，就必须采取措施来防止空气预热器发生堵塞。比如进行空气预热器的改造，增加冷端换热器的高度，将冷端和中间端的换热元件更换为镀搪瓷材料，并且增加吹灰器吹灰介质的压力。

对于已经运行的SCR系统，吹灰器的运行和高压水冲洗是能够保持空预器阻力不持续上升的一个办法。一般，对于未安装SCR系统的回转式空气预热器的换热元件都是通过蒸汽吹灰和高压水冲洗来保持换热面的清洁。蒸汽吹灰运行的频率至少是一天一次，高压水冲洗一般是一年一次。当安装了SCR系统之后，如果大量硫酸氢铵生成沉积在换热器表面上，由于硫酸氢铵附着在换热器表面之后呈现出既粘又硬的特性，蒸汽吹灰不能有效的去除硫酸氢铵。但是，当氨逃逸低于1-2ppm时，蒸汽吹灰器还是能够将生成的少量沉积物吹走，在这种情况下，空气预热器的阻力是能够受到控制的。但是当逃逸氨浓度和SO3浓度超过2ppm时，蒸汽吹灰器的效果就不好了，需要用水冲洗的方法来去除沉积的硫酸氢铵。

六、结论

1在增加SCR脱硝系统之后，空气预热器堵塞的原因是硫酸氢铵生成并附着在受热面上，捕捉烟气中的飞灰而造成的堵塞。

2沉积系数可以用来预测空气预热器堵塞的严重程度，当沉积系数低于10000时，空气预热器的堵塞程度为轻微，当沉积系数大于30000时，空气预热器的堵塞程度为严重。

3空气预热器的堵塞受到多种因素的影响：NH3浓度、SO3浓度、空气预热器本体结构（分区、冷端长度、换热器材质、换热元件形式）。总体来说，NH3浓度和SO3浓度越低、空气预热器分区越少、冷端长度越大、换热器材质镀搪瓷、换热元件形式为闭式时，空气预热器堵塞的可能性越低。

参考文献

[1]陈学俊，等. 锅炉原理[M].机械工业出版社. 1979

[2]黄新元. 电站锅炉运行与燃烧调整[M].. 北京：中国电力出版社，2003

[3]毛健雄，等. 煤的清洁燃烧[M].. 北京：科学出版社，1998

[4]刘德昌，等. 循环流化床锅炉运行及事故处理[M].北京： 中国电力出版社，2006

[5]路舂美，程世庆，王永征.循环流化床锅炉设备与运行[M].北京：中国电力出版社，2003

[6]电力用燃料标准汇编[M].北京：中国标准出版社，2003

[7]樊泉桂，魏铁铮，王军.火电厂锅炉设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2001