循环流化床锅炉空预器堵灰原因分析

时间：2023-01-08

太原锅炉集团有限公司官方（太原锅炉厂）技术

目前火电厂对NOx的控制采用的主流技术分为炉内低氮燃烧技术和炉外脱硝技术，炉外脱硝技术主要有选择性还原技术（SCR）和选择性非还原技术（SNCR）2种。这两种技术虽可通过炉内燃烧控制NOx的生成，借助SCR或SNCR系统来有效控制NOx排放，但易出现逃逸率大问题，过量NH3与锅炉燃烧产生的SO3结合生成NH4HSO4，引起空预器堵灰，影响锅炉机组的安全经济运行。为抑制NH4HSO4的生成，有必要对SO3的生成机理进行分析，以寻求解决空预器堵灰的途径。

1SO3的生成机理

煤中硫一般以无机硫、**硫和单质硫3种形态存在，其中无机硫分为硫化物和盐，占总硫份额60%~70%；**硫分为二硫化物和硫醇等，占总硫份额30%~40%；单质硫很少。参与锅炉燃烧的是无机硫中的FeS2、**硫和单质硫。

1.1SO2生成机理

煤燃烧产生的SO2主要来自无机硫中的FeS2、**硫、单质硫的氧化及中间产物SO、H2S和CS2、的氧化。

FeS2在氧化氛围中生成SO2；在还原氛围中，一部分自生分解，另一部分与H2、CO作用生成FeS、H2S、和S2。**硫在氧化氛围中生成SO2，还原氛围中生产H2S、。单质硫氧化生成SO，SO较终氧化为SO2。是CS2的中间体，较终在氧化氛围中生成SO2。

1.2SO2氧化成SO3的机理

SO2转化为SO3在炉膛内完成，SO2在高温区与氧原子作用生成SO3，火焰温度越高，氧原子浓度越高，在高温区停留时间越长，生成的SO3越多。SO3的生成还受各种因素的制约。

富燃料燃烧时，SO3的生成速率相对较小，这是由于燃烧环境抑制了SO2向SO3的转化。因此，采用低氧分级燃烧有助于减小SO3的生成量。

2锅炉空预器堵灰情况

某电厂锅炉为东方锅炉股份有限公司设计制造的DG1089/17.4-Ⅱ1型亚临界、中间再热、自然循环锅炉。脱硫方式为炉外脱硫，脱硝方式为SNCR，脱硝介质为尿素。空预器为管式空预器。2019年2号机组临修期间，发现锅炉两侧空预器积灰严重（见图1）。对积灰成分进行了化验，结果见表1所示。

由表1可以看出，位于空预器一次风上部、中部、下部积灰中的酐质量分数分别为7.046%、6.654%、16.31%，上部、中部差别不大，下部突然增大。一次风下部位于距空预器下端500~800mm，该位置NH4HSO4黏性较强。空预器一次风上部、中部、下部450℃灼烧减量分别为3.33%、36.83%、46.39%，从上到下逐渐增大。450℃正好位于NH4HSO4的分解温度范围内。

3空预器入口SO3生成的影响因素分析

为了解空预器入口SO3分布情况，分4个负荷工况对空预器入口烟气参数进行测试，具体数据见表2。在测试期间对燃煤指标进行化验，数据见表3。由表3可知，不同负荷工况下，煤中硫分基本变化不大，发热量变化很小，煤质稳定。

3.1负荷

图2和图3分别为SO2、SO3生成趋势图，由图2和图3可以看出，SO2、SO3生成量随着负荷的增大而增大。负荷由160MW升到200MW时，SO2和SO3生成速率相对较大，这可能与床温的变化有关。

3.2床温

为了更好体现SO3的生成情况，通过煤质、烟气量换算得到SO3转化率，具体见表4。

床温由895℃升到919.32℃时，SO3生成速率较大，而床温由919.32℃升到969.51℃过程中，SO3的生成速率相对较小且平稳，说明床温919.32℃是生成SO3生成速率变化的转折点。这个温度正好与**硫的分解温度相差10℃以上，可能与炉内燃烧环境影响有关，导致**硫的实际分解温度低于理论分解温度（930℃）。

3.3氧量

为了分析氧量对SO3转化率的影响，本次试验在310MW负荷下，保持其他参数不变，只改变氧量，观察SO3的生成情况，具体数据见表5。

从表5看出，各负荷下床温变化不大，CO体积分数变化相对较大，在氧量1.0%时，CO体积分数较大，为287.54×10-6；氧量增至1.8%时，CO体积分数为0；氧量为1.0%~1.8%时，锅炉处于富燃料燃烧；而氧量为1.8%~2.5%时，锅炉处于富氧燃烧。氧量在1.0%~1.8%时，SO3体积分数属于上升趋势；氧量在2.0%时，SO3体积分数似乎到达了较大值；氧量在2.0%~2.5%时，SO3的生成速率有微弱下降趋势，说明富燃料燃烧有助于抑制SO3生成。

3.4试验结论

通过分析机组负荷、锅炉床温、氧量对SO3生成的影响，得出以下结论：SO3的生成量随着负荷的增加而增加，但在实际运行中机组负荷受电网的影响二不可控；锅炉床温与**硫的分解有直接关系，对SO3的生成有决定性的影响；合理的氧量可以抑制SO3的生成，运行中可以通过控制合适的氧量来降低SO3的生成，从而有效降低空预器堵灰的风险。为了保证锅炉效率及机组的安全运行，氧量要保持一定裕度。2号锅炉氧量应维持1.2%~1.5%，这样既抑制了SO3的产生，又保证了锅炉效率。

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