燃煤鍋爐爐膛內煙氣中的SO2約有0.5%~1.0%被氧化成SO3。加裝SCR系統后,催化劑在把NOx還原成N2的同時,將約1.0%的SO2氧化成SO3。在空預器中/低溫段換熱元件表面,SCR反應器出口煙氣中存在的未反應的逃逸氨(NH3)、SO3及水蒸氣反應生成硫酸氫氨或硫酸氨,當煙氣中的NH3含量遠高于SO3濃度時,主要生成干燥的粉末狀硫酸氨,不會對空預器產生粘附結垢。
空氣預熱器煙側進出口溫度范圍約110~400℃,涵蓋了高粘性硫酸氫氨的生成溫度區間。為了應對硫酸氫氨的影響,空氣預熱器采取了以下改造措施。
(1)傳統空氣預熱器元件分為高、中、低溫3段,冷段高度約300mm,主要為了防止硫酸低溫腐蝕。當硫酸氫氨溫度區間跨越2層換熱元件時,接縫處的硫酸氫氨吸附飛灰結垢搭橋現象加嚴重。為此,需合并傳統的冷段和中溫段,將換熱元件改為2段,冷段高度加大到約800~1200mm,涵蓋機組不同負荷下硫酸氫氨的生成溫度范圍,保證全部硫酸氫氨在冷段完成凝結和沉積。
(2)空氣預熱器冷段元件較高,元件下部煙氣溫度較低,易受到煙氣中的酸結露低溫腐蝕,造成元件表面銹蝕龜裂,加劇硫酸氫氨粘附掛灰。為提高冷段元件的表面光潔度和防腐蝕能力,通常采用高強度低合金考登鋼材質、表面鍍搪瓷或者表面使用硅作涂層。根據國外經驗[2],搪瓷鍍層能顯著降低硫酸氫氨的結垢速率,但如鍍層因加工質量而損裂,將不利于防止硫酸氫氨的吸附。SCR空氣預熱器冷段采用何種型號的換熱元件,主要受到煤中硫含量、入口煙氣中SO3濃度、入口煙氣O2濃度、冷段綜合溫度水平等因素的綜合影響。根據國外某公司的經驗(圖2),煤中硫含量小于1.75%且冷段綜合溫度大于138℃時,冷段可采用考登鋼材質。
(3)加裝SCR系統后,空氣預熱器冷段換熱元件通常采用局部封閉、高吹灰通透性的波形(如FNC 或DNF)替代傾斜的雙層皺紋形,使元件表面沉積的飛灰易于被吹灰器清掃。
(4)空氣預熱器冷段換熱元件即使采用鍍搪瓷元件,如果沒有有效的吹灰清洗裝置相配套,同樣會發生嚴重的堵灰。目前,空氣預熱器冷段通常配置回轉式雙介質高能量射流吹灰器,正常運行過程中,采用高壓蒸汽吹掃,當空氣預熱器煙側阻力超過設計值的50%時,投運高壓水沖洗。沖洗主要有離線和在線2種方式,前者是在保持60%左右機組負荷時,將單側空氣預熱器解列隔離進行高壓水沖洗,完成后采用同樣方式沖洗另一臺空氣預熱器;后者是在機組滿負荷或部分負荷下,對任一臺運行中的空氣預熱器進行高壓水沖洗。高壓水沖洗時,水壓達10MPa以上,水量小于70kg/min,對煙氣成分或煙氣溫度影響甚微。