摘 要：空氣預熱器作為電站鍋爐的重要設備，目前存在的主要問題是空預器易發(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 2 種不同的影響因素，需要采取不同的解決措施。在分析空預器堵塞原因的基礎上，綜述了近年來我國為解決空預器堵塞而采取的相關措施，如優(yōu)化暖風器設計、采用堿性吸收劑控制 SO3的技術、空氣預熱器的改造等。

關鍵詞：暖風器；低溫腐蝕；空氣預熱器；氨逃逸

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

在低溫煙氣環(huán)境中，空氣預熱器容易發(fā)生低溫腐蝕和堵灰現(xiàn)象，某 300 MW 燃煤機組，采用電袋除塵器除塵，機組運行了半年的時間，空氣預熱器已經(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熱器堵塞造成電袋除塵器的運行阻力增大，煙塵排放超標；同時也導致風機的通道阻力增大，增加了風機的電耗。若堵灰嚴重時則必須采取停爐的措施，將增加機組非正常停機的次數(shù)，嚴重影響了電廠的經(jīng)濟效益。

對于北方的電站鍋爐，在冬季的情況下，空氣預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重?？諝忸A熱器堵灰會影響機組高負荷運行，降低機組的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，因此，解決空氣預熱器的腐蝕積灰問題對于保障機組的正常穩(wěn)定運行有重要的意義。

空預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。針對這 2 種不同的腐蝕積灰原因，必需要采取相應的不同措施，以增強機組的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。

1 煙氣低溫腐蝕

煙氣低溫腐蝕是指當鍋爐的排煙溫度低于煙氣的酸露點時，在鍋爐的低溫受熱面上會凝結煙氣中的水蒸氣和硫酸蒸氣，凝結的水蒸氣和硫酸蒸氣與傳熱管壁的金屬材質(zhì)發(fā)生化學反應，生成金屬硫酸鹽，導致管壁處腐蝕，隨著反應時間的延長，管壁處發(fā)生積灰，積灰導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溫度，煙氣的露點溫度一般低于 75 ℃。從電廠的實際運行結果看，鍋爐空預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。而在冬季工況和機組低負荷工況的情況下，鍋爐低溫受熱面的金屬壁溫較正常工況下有所下降，需要采取有效的設計措施以防止發(fā)生結露現(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器設計，在冬季工況下，通過暖風器換熱將鍋爐進風溫度提高到 20℃；在機組低負荷工況下，也可通過暖風器換熱將鍋爐進風溫度提高到適當溫度。以防止煙氣的低溫腐蝕，同時增加了煙氣余熱利用率。

一般在空預器進口與送風機出口之間或者送風機入口的管道上安裝暖風器。暖風器在一年大部分時間內(nèi)均可不投入運行，當其停運時，由于作為設備的暖風器本身存在阻力會增加風機的運行電耗，同時暖風器的換熱元件上也會積攢灰塵，這些灰塵是隨送風機、一次風機風道入口進入的，也增加了風道的阻力。為了減小暖風器停運時的增加的風道阻力，降低風機的電耗，增加機組的經(jīng)濟性，可采用抽屜式暖風器、旋轉式暖風器及熱風再循環(huán)等方式。經(jīng)過綜合比較來看，其中旋轉式暖風器操作簡單，在達到暖風器增加進口風溫，防止空預器低溫腐蝕目的的同時，還能夠使廠用電降低，節(jié)能降耗。

疏水方式對暖風器的運行效果的有重要的影響，暖風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，高壓疏水方式在實際運行過程中會出現(xiàn)疏水不通暢的現(xiàn)象，從而導致管道內(nèi)部汽水兩相共存，發(fā)生振動和腐蝕，造成暖風器的泄漏，致使暖風器不能起到應有的作用[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)定運行，是近年來國內(nèi)外普遍采用暖風器系統(tǒng)蔬水方式，暖風器低壓疏水方式示意圖如圖 1 所示。

圖 1 暖風器低壓疏水方式

2 氨逃逸帶來的硫酸氫銨腐蝕

目前國際國內(nèi)形勢下，對燃煤電站的環(huán)保排放要求越來越嚴格，為了達到氮氧化物的排放標準，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，部分SO2在催化劑的作用下發(fā)生氧化反應生成SO3，SO3與逃逸的NH3及水蒸氣發(fā)生化學反應生成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，對空氣預熱器幾乎無影響。而NH4HSO4的沸點為350℃，熔點為147℃，空預器的冷端溫度較低，溫度區(qū)間處于NH4HSO4熔點溫度范圍內(nèi)，此時NH4HSO4的黏性很大，容易黏附煙氣中帶入的飛灰顆粒，將其吸附在空預器的冷端管壁上，造成管壁的腐蝕和積灰，增加了空預器阻力的同時降低了空預器的傳熱能力。不同煤種中硫元素含量的不同對空預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，空預器的腐蝕積灰越嚴重。

降低空預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，會生成 SO3，使得 SO3的總體積分數(shù)升高可高達 10-4以上，易導致催化劑中毒。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物質(zhì)與SO3發(fā)生化學反應，進而達到脫除 SO3的目的。常用的化學物質(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。

其中對空預器的改造主要包括：

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

2） 為了便于清除空預器堵灰，可采用大通道的波紋板作為空預器的冷段材質(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換熱元件的抗黏附能力。

4） 空預器增設吹灰設備。采用過熱蒸汽為介質(zhì)，清除受熱面的積灰。吹灰設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)中當氨的逃逸量為 1 μL/L 以下時，煙氣中的氨含量很少，NH4HSO4生成量也很少，此時空預器的堵塞現(xiàn)象較輕；當氨逃逸量增加到 2 μL/L時，空預器正常運行 0.5 年后發(fā)生明顯的堵塞現(xiàn)象；當氨逃逸量增加到 3 μL/L 時，空預器正常運行 0.5年堵塞現(xiàn)象嚴重。因此，控制氨逃逸量是保證空預器性能的關鍵。脫硝系統(tǒng)實際運行過程中，造成氨逃逸率高的原因主要是催化劑活性降低、NOx和NH3濃度場分布不均勻以及氨過噴。NOx和 NH3濃度場分布不均勻可通過調(diào)整噴氨的各閥門開關程度調(diào)整濃度場分布。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。此時如果要提高 NOx轉化率，需要增大催化劑的注入量，但這又會造成 NH3逃逸水平的增高 （>5 μL/L）。因此，工程中采用通過預留催化劑將來層的方法來控制 NH3逃逸率，即在 SCR 投運的初始階段，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 結束語

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