空气预热器腐蚀积灰问题探讨

而NH4HSO4的沸点为350℃，熔点为147℃，空预器的冷端温度较低，温度区间处于NH4HSO4熔点温度范围内，此时NH4HSO4的黏性很大，容易黏附烟气中带入的飞灰颗粒，将其吸附在空预器的冷端管壁上，造成管壁的腐蚀和积灰，增加了空预器阻力的同时降低了空预器的传热能力。不同煤种中硫元素含量的不同对空预器腐蚀的影响程度也不同，含硫量越高的煤种其烟气中SO3的浓度越大，生成的NH4HSO4越多，空预器的腐蚀积灰越严重。

降低空预器的积灰腐蚀需要减少NH4HSO4的生成，即减少烟气中 SO3含量以及 NH3的逃逸量。烟气中的 SO3包括来自入煤中的硫在炉膛通过高温燃烧反应及 SCR 催化剂的催化作用下生成的 SO3，烟气中还存在部分 SO2，烟气中的 SO2经过 SCR 装置时，会生成 SO3，使得 SO3的总体积分数升高可高达 10-4以上，易导致催化剂中毒。

目前，降低烟气中 SO3含量的方法主要是采用碱性吸收剂。该方法是通过向炉膛内或烟气中喷入不同的化学物质与SO3发生化学反应，进而达到脱除 SO3的目的。常用的化学物质包括：碱性氧化物 （氧化镁、氧化钙、碱如氨、氢氧化钙、氢氧化镁等），带碱性的盐类物质 （碳酸钠或者天然碱），SO3的脱除效率能够达到90%以上。这种使用吸收剂的方法能够有效地降低烟气中的 SO3的含量。

烟气中氨的来源主要是逃逸的氨，可以从改造空预器本体以及控制脱硝系统氨逃逸 2 方面考虑，采取措施减少生成硫酸氢氨的危害。

其中对空预器的改造主要包括：

1） 为了避免空预器中温段下部至冷段间的温度在 NH4HSO4熔点温度范围内，可将空预器传热元件设为二段布置，或者三段布置 （热端加防磨层），从而能够避免 NH4HSO4的沉积区域分段导致的局部严重堵灰现象发生。

2） 为了便于清除空预器堵灰，可采用大通道的波纹板作为空预器的冷段材质。该方法能够增大烟气的流通截面，使 NH4HSO4及其他灰尘杂质等不易粘附于表面。

3） 搪瓷材质表面较为光滑，不易黏附杂物，且易于清理，因此可采用在表面镀搪瓷的方法增强换热元件的抗黏附能力。

4） 空预器增设吹灰设备。采用过热蒸汽为介质，清除受热面的积灰。吹灰设备主要有蒸汽吹灰器、激波吹灰器和声波吹灰器。

脱硝系统中当氨的逃逸量为 1 μL/L 以下时，烟气中的氨含量很少，NH4HSO4生成量也很少，此时空预器的堵塞现象较轻；当氨逃逸量增加到 2 μL/L时，空预器正常运行 0.5 年后发生明显的堵塞现象；当氨逃逸量增加到 3 μL/L 时，空预器正常运行 0.5年堵塞现象严重。

因此，控制氨逃逸量是保证空预器性能的关键。脱硝系统实际运行过程中，造成氨逃逸率高的原因主要是催化剂活性降低、NOx和NH3浓度场分布不均匀以及氨过喷。NOx和 NH3浓度场分布不均匀可通过调整喷氨的各阀门开关程度调整浓度场分布。SCR 催化剂的使用寿命一般为3 年。

在催化剂使用 15 000～20 000 h 后，其活性通常约降低 1/3。此时如果要提高 NOx转化率，需要增大催化剂的注入量，但这又会造成 NH3逃逸水平的增高 （＞5 μL/L）。因此，工程中采用通过预留催化剂将来层的方法来控制 NH3逃逸率，即在 SCR 投运的初始阶段，使用 2 层或 3 层催化剂；2 年后，新增 l 层催化剂；3 年后，更换已到使用寿命的催化剂，确保 NH3逃逸率始终控制在 3 μL/L 以下。

3 结束语

空预器设备的积灰腐蚀现象是不可避免的，但是可以通过相应的优化措施减轻积灰腐蚀的程度，降低积灰腐蚀对机组运行的影响。烟气低温腐蚀目前主要采用增加暖风器的方法减少腐蚀的影响，在冬季或低负荷工况时暖风器可提高锅炉的进风温度。

在电厂改造增加SCR脱硝系统后，不可避免的会产生氨逃逸现象，在空预器中发生化学反应生成硫酸氢铵。造成空预器的腐蚀积灰，通过对空预器的设计改造包括换热元件材料的升级处理，以及对SCR脱硝系统的优化控制能够有效地减轻硫酸氢铵对空气预热器的不利影响，从而保障空预器的安全稳定运行。

延伸阅读：

燃煤机组空预器低温腐蚀解决方案浅析

SCR超低排放改造空气预热器堵塞研究及消堵措施应用论述