CN113217941B - 空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法，包括：(1)建立ABS初始沉积温度与SO3浓度与NH3浓度乘积[SO3]*[NH3]关联数据库以及NH3过量条件下AS初始沉积温度与SO3浓度[SO3]关联数据库；(2)对实际电厂烟道内空预器入口进行SO3与NH3浓度测试；(3)将待测烟气特征参数[SO3]*[NH3]、[SO3]与已建立的ABS、AS沉积温度数据库比对，根据相应的映射关系，获得待测烟气的ABS与AS初始沉积特征温度；(4)根据预测的ABS沉积温度，智能调节高压水喷嘴至相应位置，对空预器进行喷水清洗，防止ABS沉积导致的空预器堵塞。该方法精确高效、成本低廉，可有效解决燃煤烟气中SO3与逃逸氨反应造成的空预器ABS堵塞。

Description

空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法
技术领域
本发明涉及尾部烟道空气预热器堵塞防止领域，更具体的，涉及一种空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法。
背景技术
燃煤电厂使用煤种通常含一定量的S元素，其在锅炉燃烧过程中主要转化为SO2，同时伴随着1-2％的SO2进一步氧化为SO3。而在尾部的烟气处理过程中，选择性催化还原法脱硝法(SCR)被广泛利用。 SCR过程会有0.5-2％左右的SO2被V/W/Ti催化剂进一步催化氧化为 SO3。SO3活性极强，SO3会与烟气中的逃逸氨反应生成硫酸氢铵 (ABS)与硫酸铵(AS)等物质。
其中，硫酸氢氨在空预器温度范围内为液态，极具粘性，会沉积在空预器的换热面上并粘附飞灰，从而在成空预器结垢、堵塞。空预器堵塞后会使空预器进出口烟道差压、风道差压显著增发，导致风机电耗增加，甚至造成引风机出力过高，严重影响锅炉的安全经济运行。且当硫酸氢铵大量沉积后，很难通过吹灰对其进行有效清除。因此，对空预器内ABS的沉积进行有效预测，并及时清除具有重要意义。
空预器内ABS堵塞的放置，已有相关的专利与实践。申请号为 CN 212299053U的专利公开了一种电热式空预器硫酸氢铵堵塞放置装置，通过电热方式加热金属波纹板，达到分解硫酸氢铵的目的。现有技术主要通过采用电热方式分解硫酸氢氨，需要在空预器波纹板上布置大量电金属丝，实际运行过程耗电量大，且提高空预器波纹板温度，导致空预器内烟气的温度场相应变化，可能会对机组正常运行造成影响。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法，其目的在于提供一种可靠、操作简单的空气预热器堵塞预测方法，并同时通过空预器堵塞位置进行智能喷氨喷水调控，以缓解硫酸氢铵沉积导致的空预器堵塞。该方法适用于燃煤电厂、工业锅炉等尾部烟气中具有SO3与NH3组分的空预器堵塞分析与防堵调控。
为实现上述目的，本发明提出了一种空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法。包括：
(1)建立硫酸氢铵(ABS)初始沉积温度与SO3浓度与NH3浓度乘积[SO3]*[NH3]关联数据库以及NH3过量条件下空预器内沉积物性状变化初始温度(即空预器堵塞缓解)与SO3浓度[SO3]关联数据库。通过搭建空预器ABS沉积模拟系统，标定反应系统随烟气流程温度变化，并通入不同浓度的SO3与NH3，测试不同条件下生成物初始沉积位置与性状变化位置，折算得到不同条件下的生成物初始沉积温度与性状变化温度。计算上述两个特征温度与[SO3]*[NH3]特征参数的映射关系，建立空预器内不同SO3与NH3浓度条件下生成物初始沉积温度与性状变化处温度与[SO3]*[NH3]特征参数的关联数据库；
(2)对待检测的空预器前烟道中SO3与NH3浓度进行检测，得到特征参数[SO3]*[NH3]与[SO3]；
(3)将待检测烟气中的特征参数[SO3]*[NH3]与步骤(1)建立的空预器ABS初始沉积堵塞温度与特征参数[SO3]*[NH3]关联数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定空预器内堵塞的初始位置。根据上述预测的初始位置，智能调节高压喷水枪头位置，开启相应位置及后部的高压喷水枪头；
(4)判断待检测烟气中SO3浓度与NH3浓度相对大小。若SO3浓度小于NH3浓度，则根据SO3浓度与步骤(1)建立的空预器堵塞缓解温度数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定空预器内堵塞缓解的位置。根据上述预测的缓解位置，智能调节关闭该温度以后高压水枪枪头，停止喷水。若SO3浓度大于NH3浓度，则根据SO3浓度与步骤(1)建议的空预器堵塞缓解温度数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定NH3过量条件下空预器内堵塞缓解的位置，关闭喷水枪头，并对应开启相应位置NH3喷头，在此处进行智能喷氨，使烟气中NH3浓度大于等于相应的SO3浓度。
总体而言，本发明通过所构思的以上技术方案与相应技术相比，主要具备以下的技术有点：
1.本发明首先基于实验模拟构建相应的数据库，通过测试待检测烟气中SO3与NH3浓度，即可得到相应烟道中空预器内初始堵塞温度与堵塞缓解温度，具备适用性广，精准预测的优点；
2.利用本发明中预测得到的空预器初始堵塞位置，可智能调控高压喷水枪头的精准开启与关闭位置，使空预器清洗过程更具针对性。
3.此外，本发明可通过预测空预器堵塞缓解位置，在SO3浓度低于NH3条件下，智能调控高压水枪关闭并开启喷氨枪头，进行喷氨调控，可避免空预器过度喷水，并有效防止ABS沉积造成空预器堵塞。
附图说明
图1为本发明第一实施例的流程示意图；
图2为本发明第一实施例的应用实例中空预器初始堵塞温度 与[SO3*[NH3]映射关系图；
图3为本发明第一实施例的应用实例中空预器堵塞缓解温度与 [SO3]映射关系图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
空预器堵塞的主要原因是由于烟气中的SO3与脱硝系统逃逸氨发生反应，生成了粘黏性极强的物质ABS。ABS生成后会沉积于空预器的换热面表面，且由于其具有粘性，会粘附烟气中的飞灰，因此造成空预器通道堵塞。空预器内ABS的生成主要来自于烟气中SO3与NH3的均相反应，其生成量主要与烟气中的SO3与NH3浓度有关。 ABS熔点约为147℃，而空预器内烟气温度会逐渐从360℃降低至150℃左右。在此温度范围内，生成的硫酸氢铵沉积温度高于相应的烟气露点温度。通过申请人大量的实验研究发现，空预器内硫酸氢铵的初始沉积温度与烟气中的SO3与NH3浓度具有相关关系。此外，通过研究发现，在不同的SO3与NH3浓度下，空预器内沉积物并不仅仅为ABS。在NH3浓度大于或等于SO3浓度时，尽管空预器内初始沉积位置处的生成物是ABS，但是在空预器尾部生成物为AS。AS 在空预器烟气温度范围内为粉末颗粒，无粘性，并不会导致空预器的堵塞。
基于以上发现，本发明的提出的主要技术方案为：
(1)建立硫酸氢铵(ABS)初始沉积温度与SO3浓度与NH3浓度乘积[SO3]*[NH3]关联数据库以及NH3过量条件下空预器内沉积物性状变化初始温度(即空预器堵塞缓解)与SO3浓度[SO3]关联数据库。通过搭建空预器ABS沉积模拟系统，标定反应系统随烟气流程温度变化，并通入不同浓度的SO3与NH3，测试不同条件下生成物初始沉积位置与性状变化位置，折算得到不同条件下的生成物初始沉积温度与性状变化温度。计算上述两个特征温度与[SO3]*[NH3]特征参数的映射关系，建立空预器内不同SO3与NH3浓度条件下生成物初始沉积温度与性状变化处温度与[SO3]*[NH3]特征参数的关联数据库；
(2)对待检测的空预器前烟道中SO3与NH3浓度进行检测，得到特征参数[SO3]*[NH3]与[SO3]；
(3)将待检测烟气中的特征参数[SO3]*[NH3]与步骤(1)建立的空预器ABS初始沉积堵塞温度与特征参数[SO3]*[NH3]关联数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定空预器内堵塞的初始位置。根据上述预测的初始位置，智能调节高压喷水枪头位置，开启相应位置及后部的高压喷水枪头；
(4)判断待检测烟气中SO3浓度与NH3浓度相对大小。若SO3浓度小于NH3浓度，则根据SO3浓度与步骤(1)建立的空预器堵塞缓解温度数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定空预器内堵塞缓解的位置。根据上述预测的缓解位置，智能调节关闭该温度以后高压水枪枪头，停止喷水。若SO3浓度大于NH3浓度，则根据SO3浓度与步骤(1)建议的空预器堵塞缓解温度数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定NH3过量条件下空预器内堵塞缓解的位置，关闭喷水枪头，并对应开启相应位置NH3喷头，在此处进行智能喷氨，使烟气中NH3浓度大于等于相应的SO3浓度。
下面介绍本发明的第一实施例，以及一个基于第一实施例的应用实例。
(1)建立空预器ABS初始沉积堵塞与堵塞缓解温度与烟气中 SO3和NH3浓度的关联数据库：搭建空预器模拟系统，测试计算空预器初始堵塞温度与堵塞缓解温度。
(1a)空预器模拟系统首先需要标定温度，得到温度与位置的相关关系。为使结果更加准确，不同工况反应过程应长时间进行(>48 小时)，记录不同SO3浓度与NH3浓度下沉积物初始位置，以及性状变化位置。
(1b)根据上述测试得到的实验结果，获得相应条件下空预器内初始沉积堵塞温度与堵塞缓解温度。在此过程中，应进一步通过红外光谱检测不同温度下沉积物的化学特性，明确沉积物类型，以验证沉积物性状变化处温度即为堵塞缓解温度。
(1c)分别计算1(a)中SO3浓度与NH3浓度及其浓度乘积 [SO3]*[NH3]与1(b)中初始沉积堵塞温度与堵塞缓解温度之间的关系，分别得到对应的映射关系，建立SO3浓度与NH3浓度与特征温度间的关联数据库。更具体地，可以分别将浓度乘积[SO3]*[NH3]作为横坐标，初始沉积温度作为纵坐标，绘制二者的映射关系曲线图，得到[SO3]*[NH3]与空预器堵塞起始温度的关联数据库；将SO3浓度作为横坐标，沉积物性状变化温度作为纵坐标，绘制两者的映射关系曲线图，得到[SO3]与空预器堵塞缓解温度的关联数据库。按照本发明所提供的方法，在[SO3]*[NH3]与空预器堵塞起始温度的关联数据库与[SO3]与空预器堵塞缓解温度的关联数据库中相应的实验工况越多，建立的[SO3]*[NH3]与空预器堵塞起始温度与[SO3]与空预器堵塞缓解温度映射关系越多，该数据库的使用范围就越广。
(2)所述空预热堵塞预测具体过程为：检测待测烟道内烟气中不同位置SO3与NH3浓度，与已建立的数据库进行比对匹配，通过映射关系得到相应的浓度乘积[SO3]*[NH3]对应的实际条件下空预器内ABS初始沉积温度，即空预器堵塞起始温度；以及NH3过量条件下，通过映射关系得到相应SO3浓度[SO3]对应的实际条件下空预器内AS初始沉积温度，即空预器堵塞缓解温度。
(3)判断SO3与NH3浓度相对大小。SO3浓度小于NH3浓度时，根据空预器初始堵塞温度与堵塞缓解温度，智能调节高压水枪初始喷水位置，并关闭堵塞缓解温度后水枪喷头；SO3浓度大于NH3浓度时，在空预器初始堵塞位置开启高压水枪，空预器缓解位置处关闭高压水枪，并在该处开启氨气喷头，往空预器通道内喷入氨气，使氨气浓度大于等于SO3浓度。
为了更清晰地说明本实施例，以某燃煤电厂为例，说明本发明的具体实施过程。
1)选取SO3浓度从25ppm至4000ppm，NH3与SO3浓度分别为 1:1、2:1、1:2，进行空预器ABS沉积模拟实验，得到不同条件下空预器内初始沉积温度与堵塞缓解温度。
2)将不同条件下空预器内初始沉积温度与烟气中SO3与NH3浓度乘积[SO3]*[NH3]进行映射关联，空预器内堵塞缓解温度与烟气中 SO3浓度[SO3]进行映射关联。本应用实例下对应的映射关系分别如图 2与如图3所示。
3)测量实际电厂烟道中SO3与NH3浓度，本实施例下烟气中SO3浓度为25ppm，NH3浓度为5ppm。
4)将测试得到的SO3浓度与NH3浓度数据映射到相应的数据库中，在本应用实例中，根据映射关系可得到相应的空预器初始堵塞温度为234.5℃。
5)在本实施例下，烟气中SO3浓度大于NH3浓度，因此应在空预器后部需进行喷氨调节。根据4)中得到的空预器初始堵塞温度为 234.5，则此实施例中高压水枪初始喷射位置为烟道中烟气温度为 234.5℃的位置。根据如图3所示的映射关系，得到本实施例中若氨气过量时空预器堵塞缓解温度为182.2℃，则本实施例用应在空预器烟气温度为182.2℃处位置停止高压水喷入，并补偿喷入氨气使相应的氨气浓度大于等于25ppm。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1）建立ABS初始沉积温度与SO3浓度与NH3浓度乘积[SO3]*[ NH3]关联数据库以及NH3过量条件下空预器内沉积物性状变化处温度与SO3浓度[SO3]关联数据库；通过搭建空预器ABS沉积模拟系统，标定ABS沉积模拟系统随烟气流程温度变化，并通入不同浓度的SO3与NH3，测试不同条件下生成物初始沉积位置与沉积物性状变化处位置，折算得到不同条件下的生成物初始沉积温度与沉积物性状变化处温度；计算上述两个特征温度与[SO3]*[ NH3]特征参数的映射关系，建立空预器内不同SO3与NH3浓度条件下生成物初始沉积温度与沉积物性状变化处温度与[SO3]*[ NH3]特征参数的关联数据库；
步骤（2）对待检测的空预器前烟道中SO3与NH3浓度进行检测，得到特征参数[SO3]*[NH3]与[SO3]；
步骤（3）将待检测烟气中的特征参数[SO3]*[ NH3]与步骤（1）建立的空预器ABS初始沉积温度与特征参数[SO3]*[ NH3]关联数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定空预器内堵塞的初始位置；根据上述预测的初始位置，智能调节高压喷水枪头位置，开启相应位置及后部的高压喷水枪头；
步骤（4）判断待检测烟气中SO3浓度与NH3浓度相对大小，若SO3浓度小于NH3浓度，则根据SO3浓度与步骤（1）建立的ABS初始沉积温度与SO3浓度与NH3浓度乘积[SO3]*[ NH3]关联数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定空预器内堵塞缓解的位置；根据上述预测的缓解位置，智能调节关闭该缓解位置以后高压喷水枪头，停止喷水；若SO3浓度大于NH3浓度，则根据SO3浓度与步骤（1）建议的空NH3过量条件下空预器内沉积物性状变化初始处温度与SO3浓度[SO3]关联数据库进行比对，根据相应的映射关系，确定NH3过量条件下空预器内堵塞缓解的位置，关闭高压喷水枪头，并对应开启相应位置喷氨枪头，在此处进行智能喷氨，使烟气中NH3浓度大于等于相应的SO3浓度。
2.如权利要求1所述的一种空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法，其特征在于：数据库建立过程中模拟烟气中SO3与NH3的相应浓度变化范围在5 ppm-4000ppm，对应的SO3:NH3为2:1、1:1或1:2。
3.如权利要求1所述的一种空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法，其特征在于：空预器前烟道内的NH3与SO3浓度检测分别通过取样枪头进行采样收集，随后通过离子色谱仪检测相应的浓度。
4.如权利要求1所述的一种空预器堵塞预测与喷水喷氨优化防堵方法，其特征在于：步骤（1）中的映射关系用于反映烟气中SO3与NH3浓度乘积与空预器内ABS初始沉积温度及沉积物性状变化处温度之间的关联，从而确定空预器内初始沉积温度与沉积物性状变化处温度，以在步骤（3）中直接确定高压喷水枪头位置，以及步骤（4）中高压水枪关闭位置与喷氨枪头开启位置。
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