浅析脱硝对空预器漏风的影响

关键词：脱硝、硫酸氢铵 、空预器、蒸汽吹灰、漏风率

概述

目前火力发电机组多采用SCR（Selective Catalytic Reduction）即为选择性催化还原技术，是在一定温度条件下，利用催化剂的催化作用，促进氨和烟气污染物氮氧化物发生还原反应，生成氮气和水，从而达到脱除氮氧化物效果的烟气净化技术。对于SCR法烟气脱硝，NH3和NOX不能全部混合，逃逸是不可避免的，当逃逸率超标时NH3与SO3反应生成硫酸氢铵（NH4HSO4）堵塞空预器。NH4HSO4因其特殊物理性质，极易吸附并粘结在空预器换热元件上，常规的蒸汽吹灰和激波吹灰难以去除。目前解决办法有在线高压水冲洗，由于在机组运行期间进行冲洗，对空预器及其后电除尘安全有较大影响，极易发生空预器电流波动大而跳闸，有较大的安全风险，对设备和机组工况要求较为苛刻，常伴随烟气压差减小效果不明显这种情况。

作者：徐江（平顶山姚孟发电有限责任公司，河南省平顶山）

1、硫酸氢氨对空预器的影响

1.1硫酸氢铵生成

NH4HSO4的生成作为选择性催化还原法SCR脱硝的副反应，与煤种硫份和SCR未反应完全逃逸到烟气中NH3有直接关系。而烟气中的SO3 进一步同烟气中逃逸的氨反应,生成硫酸氢铵和硫酸铵,其反应如下：

NH3 + SO3 + H2O＝NH4HSO4

2NH3 + SO3 + H2O＝(NH4 )2SO4

通常情况NH4HSO4结晶温度为147℃，当空预器烟气温度在147-230℃区间时，NH4HSO4正是液态向固态转变阶段，具有极强的吸附性，造成大量灰分在空预器沉降，引起空预器堵塞及阻力快速上升。另外，在高粉尘环境中发生结垢的金属壁温比硫酸氢氨的露点温度低4.4℃，实际运行中经过空预器的硫酸氢铵大部分沉积在灰粒上，随烟气带走，大概30%的硫酸氢铵沉积到空预器传热元件上。

图1氨逃逸与空预器压差变化曲线

1.2硫酸氢氨危害

对于SCR法烟气脱硝，NH3和NOX不能全部混合，逃逸是不可避免的，当逃逸率超标时NH3与SO3反应生成硫酸氢铵（NH4HSO4）堵塞空预器。NH4HSO4因其特殊物理性质，极易吸附并粘结在空预器仲文段和冷段换热元件上造成堵塞，导致蒸汽吹灰投入时长及频率增加，加剧密封片或密封组件吹损，不断加剧空预器冷端漏风。

1.3硫酸氢氨特性

针对NH4HSO4的物理性质，发现根据温度不同，呈现不同的物理状态，在147℃以下，呈现坚固的固态;在147℃-250℃范围内，呈现称严重的液体黏稠状态。NH4HSO4以上两种状态常规的蒸汽吹灰和激波吹灰难以去除，在174℃以上受热挥发，在323℃以上时开始大量挥发，以上时升华为气相状态。由于空预器温度梯度变化从320℃-120℃之间，这使得极易吸附并粘结沉积在空预器换热元件中部和下部。由于这种相变是可逆的，通过空预器冷端热风加热技术将射流风加热到400℃-450℃，加热后的热风通过空预器冷段和中温段将NH4HSO4完全汽化随风带走，从而解决因硫酸氢铵造成的空预器堵塞问题。

2、空预器本体漏风分类

2.1直接漏风

直接漏风主要取决于烟空气的压差和密封间隙。其公式如下：

式中：

ΣLD —— 各部分直接漏风量的总和（kg/h）;

A —— 计算处的泄露面积(m2);

ρ —— 计算处的空气密度（kg/m3）;

Δp —— 计算处的烟空气之间压差（Pa）;

K —— 阻力系数，取用0.65；

泄漏面积的大小涉及预热器型号大小、热力温度参数、不同密封装置、预热器的支撑方式所引起热态工况的膨胀差异，以致于各个计算方法也不同。还要考虑由于制造、安装等未覆盖的泄漏面积ΔA，这个ΔA是纯经验数据，它与工厂的制造和设计水平以及工地安装的技术水平有关。不同国家有不同的工业和技术水平，所取的数值也应不同。

2.2携带漏风

式中：

LE —— 转子从空气侧旋转到烟气侧的仓格空间中空气携带到烟气中的量（kg/h）；

0.94 —— 转子构件占据容积的修正系数；

n —— 转子转速（r/min）；

ρA —— 进出口空气的平均速度（kg/m3）；

R —— 转子内半径（m）；

Rf —— 端板半径（m）；

rp —— 转子中心筒半径（m）；

E+a —— 传热元件篮子框架的最高线和最低线之间的距离（m）；

0.85 —— 系数，受热元件的自由流量截面与转子横截面的比值；

K —— 上下扇形板的密封面之间距离减去(E+a) (m)

空预器本体结构决定了热态运行漏风由以上两种方式构成，直接漏风可以通过技术手段减少，但是面对现阶段超低排放下的运行方式传统技术手段就难以满足要求了。

3、现阶段空预器漏风原因

由于脱硝运行过程中硫酸氢氨的生成加剧空预器堵塞，为了减少空预器堵塞，实际运行中蒸汽吹灰经常长周期运行，造成空预器径向密封一年检修期内就失效的现状，无论是硬密封还是柔性密封都有严重的吹损。

3.1、蒸汽吹灰吹损

3.1.1硬密封吹损

某电厂#2机组空预器2019年10月5日完成冷热端密封片全新更换，运行8个月后空预器排烟温度显著降低由原来135℃降低到105℃，当时判断空预器冷端径向硬密封吹损，待2021年3月15日停炉检修发现空预器冷端径向密封片完全吹损。空预器漏风率由2019年12月5日测试的5%以下增加到2020年8月测试的16%。

图3-1冷端径向硬密封吹损

3.1.2柔性密封吹损

某电厂空预器冷端拆除的柔性密封吹损情况，转轴处吹损导致柔性密封失效。

图3-2冷端柔性密封吹损

3.2冷端腐蚀

燃料中的硫燃烧生成二氧化硫(S+O2=SO2)，二氧化硫在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫(2SO2+O2=2SO3，SO3与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽(SO3+H2O=H2SO4)。硫酸蒸汽的存在使烟气的露点显著升高。由于空预器中空气的温度较低，预热器区段的烟气温度不高，壁温常低于烟气露点，这样硫酸蒸汽就会凝结在空预器受热面上，造成硫酸腐蚀。

3.3飞灰磨损

由烟气中的飞灰对传热元件及密封组件碰撞造成飞灰磨损，磨损速率和流场分布有关。

小结：

以上三种情况对空预器漏风影响最大的是蒸汽吹灰吹损，主要原因是蒸汽吹灰频率及周期长，蒸汽介质严重吹损空预器本体造成空预器漏风控制不能长期有效。

4、现阶段各种漏风控制技术应用情况

4.1硬密封

现阶段国内大型火电厂用回转式空预器，绝大部分采用48分仓硬密封控制漏风，包含径向密封片和轴向密封片等，具有投资低，安装方便等特点。

4.2柔性密封

国内部分火力发电厂空预器漏风控制采用柔性密封技术进行控制。其基本工作原理：将扇形板固定在某一合理位置，柔性接触式密封系统安装在径向转子格仓板上，在未进入扇形板时，柔性接触式密封滑块高出扇形板5mm-10mm 。当柔性接触式密封滑块运动到扇形板下面时，合页式弹簧发生形变，当该密封滑块离开扇形板后，合页式弹簧将密封滑块自动弹起，以此循环进行。

4.3随动密封

随动密封组件安装后下端面比固定密封片下端面长20mm，固定密封片在间隙调整时按照原空预器设计间隙值调整。调整后的随动密封板能够与冷端扇形板进行接触，实现无间隙密封。

特性：随动密封组件无转轴设计，可以实现转动及上下运动的多维运行，完全适应在空预器热膨胀变形。本体由厚度8mm的耐磨板组成，具有不积灰、防卡涩等特性。

5、改进措施

我厂空预器漏风控制原来采用硬密封结合柔性密封的方式，检修发现蒸汽吹损严重，现阶段600MW机组空预器冷端采用耐吹损密封技术，取得了良好的空预器漏风控制效果，克服了蒸汽吹灰带来的吹损问题，实现了空预器漏风控制长周期运行。

结语：鉴于现阶段机组运行现状，空预器全负荷漏风控制尤为重要，漏风控制技术要能够满足中低负荷下的空预器漏风控制，更要满足长周期蒸汽吹灰条件下空预器密封组件长周期使用。