姚國華魏 敏

上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司

0 引言

上海外高橋第二發(fā)電廠（簡(jiǎn)稱外二廠）發(fā)電機(jī)組的電除塵為三室四電場(chǎng)，分為AB兩側(cè)，每個(gè)電場(chǎng)有6個(gè)灰斗，共有48個(gè)灰斗，2015年底機(jī)組完成超凈排放改造，其中包括電除塵灰斗電加熱改為蒸汽盤管加熱。在實(shí)際運(yùn)行中遇到灰斗加熱效果參差不齊、運(yùn)行方式不經(jīng)濟(jì)等現(xiàn)象，急需通過理論分析、借鑒實(shí)績(jī)和運(yùn)行試驗(yàn)等手段來優(yōu)化灰斗蒸汽加熱運(yùn)行情況。

1 低低溫電除塵技術(shù)中酸露點(diǎn)和低溫腐蝕問題研究

外二廠所采用的低低溫電除塵技術(shù)是通過熱媒水換熱裝置(MGGH)降低電除塵器入口煙氣溫度至酸露點(diǎn)溫度以下，使煙氣中的大部分SO3在MGGH區(qū)域冷凝形成硫酸霧，黏附在粉塵上并被堿性物質(zhì)中和，大幅降低粉塵的比電阻，避免反電暈現(xiàn)象，提高電場(chǎng)擊穿電壓，從而提高除塵效率，同時(shí)去除大部分的SO3。

低低溫電除塵技術(shù)的核心是煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度是否引起低溫腐蝕問題，有日本學(xué)者的研究結(jié)果顯示，合適的電除塵入口粉塵濃度可以保證SO3凝聚在粉塵表面，不會(huì)發(fā)生設(shè)備腐蝕。當(dāng)灰硫比大于10時(shí)，腐蝕率幾乎為零，在已交付的火電廠的低低溫電除塵器灰硫比一般大于100，都沒有低溫腐蝕問題[1]。

通過對(duì)外二廠的超凈排放設(shè)計(jì)書中煙氣含量的計(jì)算，灰硫比大于400，如考慮摻燒高硫煤和脫硝裝置將SO2轉(zhuǎn)化成SO3的可能為最大值，計(jì)算出的灰硫比在200左右，因此不存在因灰斗溫度低導(dǎo)致低溫腐蝕的情況。

2 低低溫電除塵技術(shù)中灰流動(dòng)性分析

2.1 灰斗型式分析

低低溫電除塵中灰斗型式一般需滿足以下幾點(diǎn)：

1）灰斗的卸灰角需大于常規(guī)設(shè)計(jì)，不宜小于65°；

2）灰斗不僅需保溫，還需有大面積的蒸汽加熱或電加熱，其加熱面需超過灰斗高度的2/3，以保證下灰通暢；

3）灰斗內(nèi)壁涂有增加光滑度的材料，灰斗板材宜采用ND鋼或內(nèi)襯不銹鋼板，內(nèi)襯不銹鋼板厚度應(yīng)不小于2mm[2]。

外二廠灰斗類型基本滿足卸灰角,約為68°。蒸汽盤管加熱面幾乎和灰斗高度一致，內(nèi)部涂有增加光滑度的材料，具備低低溫電除塵技術(shù)下的出灰要求。

2.2 灰斗外壁溫度研究

火力發(fā)電廠的煙氣往往含有一定量的水蒸氣，外二廠實(shí)測(cè)煙氣水蒸汽含量為5%～10%，如果在電除塵灰斗的設(shè)計(jì)過程中不采取相應(yīng)措施，運(yùn)行時(shí)一旦煙氣溫度低于其露點(diǎn)溫度，灰斗中就會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。當(dāng)結(jié)露嚴(yán)重時(shí)灰塵粘結(jié)在一起，堵塞除塵管道和除塵器，導(dǎo)致出灰系統(tǒng)無法正常運(yùn)行或根本不能運(yùn)行。

為確保出灰系統(tǒng)的正常工作，灰斗溫度必須控制在一定范圍內(nèi)，適用溫度應(yīng)由下式計(jì)算得出：t≥t1+t2，式中：t為灰斗外壁需控制的溫度；t1為塵源氣體的酸露點(diǎn)溫度；t2為除塵器溫降，應(yīng)按照具體情況或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)而定[3]。

外二廠空預(yù)器出口煙氣酸露點(diǎn)溫度實(shí)測(cè)是50℃～70℃，公式中t1取最高值70℃。假設(shè)最大溫降t2取20℃～30℃[4]，計(jì)算出灰斗外壁應(yīng)控90℃～100℃左右，這是理論上的最大值?？紤]到外二廠在電除塵灰斗外壁已采用盤管蒸汽加熱并且敷以保溫層，溫降較小。參照實(shí)際運(yùn)行中個(gè)別灰斗溫度在70℃左右并未影響灰流動(dòng)性的情況，由此說明實(shí)際運(yùn)行中t1、t2取值還有一定下降空間，灰斗外壁溫度保持在70℃以上基本能保證灰的流動(dòng)性。

3 灰斗蒸汽加熱運(yùn)行實(shí)際情況

外二廠灰斗蒸汽加熱采用盤管光管形式，幾乎覆蓋灰斗四個(gè)面的全部表面積，采用20號(hào)無縫鋼管，盤管區(qū)域直徑20mm，汽源采用鍋爐輔汽，疏水匯集后回收至擴(kuò)容器。

3.1 灰斗溫度偏差

外二廠實(shí)際運(yùn)行中灰斗溫度偏差明顯，并且排除了測(cè)溫元件故障的可能。經(jīng)分析，由于灰斗加熱管是傳熱效果較差的光管材料，且蒸汽管道無法緊貼灰斗外壁，未直接加熱保溫層與灰斗外壁的空氣夾層，故蒸汽管道與灰斗外壁的距離以及保溫層鋪設(shè)的情況直接影響了傳熱效果。另外，也存在溫度測(cè)點(diǎn)位置偏高不能實(shí)際反映存灰區(qū)域灰斗壁溫的情況，這些因素綜合作用造成各個(gè)灰斗溫度不均，這也使灰斗加熱蒸汽流量始終無法達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

圖1 電除塵某電場(chǎng)灰斗蒸汽加熱系統(tǒng)圖

3.2 影響灰斗溫度的因素

據(jù)實(shí)際觀察，灰斗加熱蒸汽進(jìn)口輔汽蒸汽參數(shù)變化有限，主要影響灰斗溫度和疏水溫度的因素是灰斗內(nèi)的灰量。由于一電場(chǎng)灰斗灰量較大，進(jìn)而導(dǎo)致灰斗溫度呈周期性波動(dòng)，所以筆者認(rèn)為灰斗溫度的波動(dòng)和測(cè)點(diǎn)附近存灰時(shí)有時(shí)無有直接關(guān)系。

另外，經(jīng)觀察今年以來的灰斗溫度變化，極端氣溫也會(huì)對(duì)灰斗溫度產(chǎn)生影響，說明保溫層的鋪設(shè)對(duì)灰斗溫度也有一定的影響。

4 國內(nèi)電廠灰斗蒸汽加熱運(yùn)行實(shí)績(jī)

4.1 浙江某1 000MW機(jī)組灰斗蒸汽加熱運(yùn)行狀況

浙江某電廠1 000MW超超臨界機(jī)組，灰斗加熱系統(tǒng)的蒸汽從綜合管架的輔汽母管引出。經(jīng)過減壓閥的減壓，使蒸汽壓力工作范圍在0.5MPa～0.9MPa之間。灰斗加熱器為光管形式，加熱盤管集中布置在灰斗中部，覆蓋約2/3的灰斗表面積，蒸汽耗量約為0.52t/h，全部并聯(lián)布置，疏水經(jīng)匯集后，經(jīng)過自動(dòng)疏水器排入疏水母管。

4.2 安徽某600MW機(jī)組灰斗蒸汽加熱運(yùn)行狀況

安徽某電廠機(jī)組容量為600MW，電除塵灰斗蒸汽加熱汽源選用鍋爐輔汽，經(jīng)調(diào)節(jié)閥減壓至整定壓力后引入灰斗蒸汽加熱系統(tǒng)。灰斗加熱后的高溫飽和水流入灰斗氣化風(fēng)蒸汽加熱器，最后從灰斗氣化風(fēng)蒸汽加熱器排出的凝結(jié)水約70℃，輸送到機(jī)組排水槽。多余的飽和水從疏水器排出，蒸汽用量小于2t/h。

4.3 浙江某660MW機(jī)組灰斗蒸汽加熱運(yùn)行狀況

浙江某電廠機(jī)組容量為660MW，超凈排放裝置與機(jī)組一同設(shè)計(jì)投產(chǎn)，電除塵灰斗為翅片管蒸汽加熱，汽源選用鍋爐輔汽。正常運(yùn)行輔汽經(jīng)減壓閥后壓力0.6MPA、溫度250℃，控制灰斗溫度90℃～110℃，實(shí)際運(yùn)行僅控制加熱蒸汽壓力，估算耗用蒸汽流量約為2t/h～3t/h。由于末電場(chǎng)的灰經(jīng)過之前的電除塵后降溫最明顯，且在灰斗內(nèi)堆積時(shí)間較長(zhǎng)，溫度較之前電場(chǎng)低，故平日運(yùn)行只檢測(cè)末電場(chǎng)灰斗溫度。

5 灰斗蒸汽加熱器試驗(yàn)方案與結(jié)論

5.1 試驗(yàn)依據(jù)

依據(jù)國內(nèi)其他電廠灰斗翅片管蒸汽加熱設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過電廠灰量和加熱蒸汽參數(shù)0.7MPa及250℃來計(jì)算每個(gè)灰斗需要耗能20kW，每20kW所消耗的蒸汽量約為30kg/h，根據(jù)外二廠的情況，一臺(tái)機(jī)組需要加熱蒸汽大約1.4t/h～1.5t/h。另外，查詢資料得翅片管的散熱面積是光管的5～10倍、傳熱效率是1～2倍，按此計(jì)算外二廠大約需要3t/h～5t/h、0.7MPa的壓力蒸汽量。

圖2 灰斗蒸汽加熱管束安裝仰拍圖

1）外二廠灰斗蒸汽加熱個(gè)別電場(chǎng)疏水溫度還略高于其飽和溫度，疏水為飽和蒸汽，由于流量過大沒能利用到蒸汽的汽化潛熱。經(jīng)計(jì)算灰斗蒸汽加熱焓降顯熱為300kJ/kg左右（按10t/h折算到每個(gè)灰斗大約是17kW，基本符合灰斗加熱要求），但顯熱遠(yuǎn)小于汽化潛熱，降壓降流量后利用到的汽化潛熱更高，見表1

表1 飽和水蒸氣的相關(guān)參數(shù)

2）按傳熱學(xué)分析灰斗蒸汽加熱的傳熱過程，影響整個(gè)傳熱效率的主要因素是熱阻最大的階段，即加熱管向空氣傳熱及空氣向灰斗外壁傳熱的階段，因此，適當(dāng)降低蒸汽對(duì)管道傳熱并不會(huì)對(duì)最終換熱效率產(chǎn)生很大的影響。

5.2 試驗(yàn)方案

據(jù)上述分析，考慮目前電除塵存在灰斗溫度差異較大且個(gè)別溫度較低的情況，建議選取電除塵電場(chǎng)中溫度較高的電場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)。

1）將試驗(yàn)的電場(chǎng)灰斗蒸汽加熱進(jìn)汽門以及疏水門逐步關(guān)小，并確保灰斗溫度不低于80℃。

2）灰控值班人員關(guān)注倉泵進(jìn)灰情況，一旦出現(xiàn)某一電場(chǎng)的灰斗下灰有問題或者某灰斗溫度下降明顯的情況，應(yīng)停止試驗(yàn)恢復(fù)至原先的運(yùn)行狀態(tài)。

5.3 試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過幾周的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大部分灰斗溫度沒有顯著下降，個(gè)別灰斗溫度長(zhǎng)時(shí)間上下波動(dòng)，減小蒸汽量后波動(dòng)區(qū)間并未下降；蒸汽流量在閥門關(guān)小時(shí)，短時(shí)間明顯下降，但平穩(wěn)后又有回升，筆者認(rèn)為蒸汽流量被擠壓到其它進(jìn)汽門全開的電場(chǎng)。

6 灰斗蒸汽加熱器運(yùn)行分析結(jié)論

通過理論及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：

1）灰斗溫度偏差大是由于蒸汽管與灰斗外壁的距離以及保溫層鋪設(shè)的差異所導(dǎo)致；

2）灰斗溫度的影響因素主要和灰斗內(nèi)的灰量有關(guān)，另外由于保溫層的原因也會(huì)受極端氣候的影響；

3）無論是按照每個(gè)灰斗加熱所需功率值計(jì)算，還是其他相似電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，外二廠灰斗蒸汽加熱的耗量偏大，有一定的下降空間。

4）從灰斗降流量試驗(yàn)表明，灰斗的溫度較試驗(yàn)前沒有明顯下降趨勢(shì)，蒸汽量適當(dāng)降低對(duì)換熱效率影響不大。

5）通過對(duì)灰斗外壁溫度的理論分析，以及個(gè)別電場(chǎng)灰斗溫度長(zhǎng)時(shí)間在70℃左右能正常運(yùn)行的情況，判斷灰斗溫度及蒸汽流量有一定的下降空間。

7 灰斗蒸汽加熱器運(yùn)行優(yōu)化

基于理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)灰斗蒸汽加熱器運(yùn)行優(yōu)化，將電除塵灰斗蒸汽總門手動(dòng)調(diào)節(jié)關(guān)小，各電場(chǎng)疏水門關(guān)至微開位置。電除塵灰斗蒸汽流量調(diào)節(jié)至3.5t/h、壓力0.5Mpa、溫度240℃左右、各電場(chǎng)疏水溫度150℃左右。

灰斗蒸汽加熱器運(yùn)行優(yōu)化后，經(jīng)一個(gè)月的運(yùn)行觀察，面對(duì)暴雨、降溫等惡劣天氣情況，灰斗溫度及出灰情況良好。在保證安全的前提下，取得了較為顯著的節(jié)能效果，每日節(jié)約1.5MPa品質(zhì)的蒸汽量160t，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。