廣州環(huán)投永興集團(tuán)股份有限公司 邱留良

某生活垃圾焚燒廠日處理城市生活垃圾4000t，年處理城市生活垃圾133萬(wàn)t。垃圾焚燒系統(tǒng)配置6臺(tái)處理規(guī)模750t/d的機(jī)械爐排爐，采用丹麥（BWV）垃圾焚燒處理技術(shù)，余熱鍋爐為自然循環(huán)、中溫中壓、單汽包臥式水管鍋爐，額定主蒸汽溫度400℃，主蒸汽壓力4.0MPa，額定蒸發(fā)73.5t/h。配套25MW×4臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)+25MW×4臺(tái)發(fā)電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)。尾氣處理系統(tǒng)為（SNCR）脫硝+半干法脫酸＋干法脫酸+活性炭噴射吸附＋袋式除塵器的煙氣凈化組合工藝系統(tǒng)，同時(shí)配置先進(jìn)、成熟的全廠自動(dòng)控制系統(tǒng)和煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)采用空冷。

1 空氣預(yù)熱器系統(tǒng)

傳統(tǒng)燃煤電廠空氣預(yù)熱器是利用鍋爐的尾部煙道來(lái)加熱燃燒用空氣的設(shè)備系統(tǒng)，布置在鍋爐內(nèi)部的尾部煙道內(nèi)。其作用一是吸收尾部煙氣熱量，降低排煙熱損失，提高鍋爐熱效率；二是提高燃燒用空氣的溫度，促進(jìn)燃燒，使燃料易于著火、燃燒穩(wěn)定，減少不完全燃燒熱損失，提高燃燒效率。而生活垃圾電廠的空氣預(yù)熱器利用汽輪機(jī)抽汽和鍋爐汽包抽汽來(lái)加熱一次風(fēng)的換熱器，布置在鍋爐外部。主要作用是利用汽輪機(jī)抽汽做功，同時(shí)提高一次風(fēng)溫度，使垃圾高效穩(wěn)定燃燒，保證爐膛溫度高于850℃[1]。

本生活垃圾焚燒廠空氣預(yù)熱器根據(jù)蒸汽壓力和工質(zhì)狀態(tài)的不同，分為高壓段、低壓段和凝結(jié)水段三部分。傳熱元件采用螺旋翅片管，蒸汽走管內(nèi)，空氣在管外流動(dòng)?？諝忸A(yù)熱器蒸汽由鍋筒飽和蒸汽引出和汽輪機(jī)一段抽汽后，分別進(jìn)入高壓段和低壓段。高壓段出口蒸汽經(jīng)過疏水膨脹箱閃蒸后變?yōu)槎握羝透邷啬Y(jié)水，二次蒸汽也作為低壓段熱源，高溫凝結(jié)水進(jìn)入空預(yù)器凝結(jié)水段。低壓段出口連接至除氧器，冷凝段出口排入鍋爐疏水母管。空預(yù)器預(yù)熱焚燒爐需要的一次風(fēng)，一次風(fēng)設(shè)計(jì)溫度為220℃，高壓段、低壓段和凝結(jié)水段出口均有疏水閥，類型為機(jī)械型吊桶式。圖1為空氣預(yù)熱器系統(tǒng)圖。

圖1 空氣預(yù)熱器系統(tǒng)圖

2 疏水閥的作用及類型

2.1 疏水閥的作用

疏水閥是一種用在蒸汽管系統(tǒng)中的自動(dòng)閥門，其主要作用是可以排除在管道系統(tǒng)內(nèi)由于水蒸氣凝結(jié)而產(chǎn)生的水，空氣和其他的一些不凝結(jié)的氣體，而且在排除的同時(shí)，還能保證管道系統(tǒng)內(nèi)的水蒸氣不會(huì)被泄漏。其主要作用有以下幾點(diǎn)[2]。

2.1.1 降低疏水閥自身的消耗量

蒸汽疏水閥自身的蒸汽消耗量，一般是指蒸汽泄漏所產(chǎn)生的消耗量，或是蒸汽疏水閥動(dòng)作時(shí)所需要的蒸汽量，再加上散熱過程中所消耗蒸汽的損失量。通過疏水閥的使用就能有效地降低蒸汽的各大消耗量，更有利于設(shè)備對(duì)蒸氣量在生產(chǎn)中的需求。

2.1.2 迅速排出系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)設(shè)備內(nèi)的空氣和低溫凝結(jié)水

通過疏水閥能縮短整個(gè)設(shè)備的預(yù)熱時(shí)間，并迅速排出設(shè)備內(nèi)的空氣和凝結(jié)水。系統(tǒng)啟動(dòng)前蒸汽管路內(nèi)部充滿空氣，要及時(shí)將空氣排除才能順利進(jìn)入蒸汽。另外，在蒸汽輸送管路或蒸汽使用設(shè)備在達(dá)到一定的溫度后，整個(gè)過程中所產(chǎn)生的初期低溫凝結(jié)水也要迅速排出設(shè)備外，才能保障整個(gè)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.1.3 迅速排出設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的凝結(jié)水

疏水閥還可將設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的凝結(jié)水迅速排出。使整個(gè)蒸汽設(shè)備能在加熱使用時(shí)處于極佳的發(fā)揮狀態(tài)，并保持設(shè)備內(nèi)不會(huì)有多余的凝結(jié)水常駐停留。最大限度確保整個(gè)設(shè)備內(nèi)保持在良好的加熱效率。

2.1.4 節(jié)能

飽和蒸汽的熱焓由“液體熱”和“汽化潛熱”，而“汽化潛熱”的熱焓占總熱焓的75%，所以在工業(yè)中希望在蒸汽系統(tǒng)中能先放出潛熱再排出水，而疏水閥就能阻斷蒸汽的直接排出，所以疏水閥就能通過節(jié)省蒸汽系統(tǒng)中熱量的轉(zhuǎn)換從而達(dá)到節(jié)省能源的目的。

2.1.5 提高換熱效率

由于不可凝性氣體不能液化，會(huì)在設(shè)備內(nèi)管壁產(chǎn)生空氣綁，啟機(jī)時(shí)管道內(nèi)的初始空氣和運(yùn)行中的部分熱空氣，會(huì)大大降低蒸汽的傳熱效率，致使蒸汽和被加熱介質(zhì)之間的熱交換能力顯著降低。所以必須將管道或換熱設(shè)備中冷凝水和空氣及時(shí)排除以提高換熱效率。

2.1.6 防止水錘

蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)大量冷凝水，使其在管壁、閥門及設(shè)備上產(chǎn)生猛烈的撞擊和波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為水錘。當(dāng)水錘到達(dá)管道拐彎處，突然由高速轉(zhuǎn)向靜止，就會(huì)將所有的動(dòng)能以壓力的形式釋放到轉(zhuǎn)彎處的管壁，如果水錘的速度很快，或冷凝水量較大，就會(huì)使管壁破裂。即使速度慢或質(zhì)量小，也會(huì)產(chǎn)生較大的噪音和振蕩，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法安全運(yùn)行。

2.1.7 防止腐蝕

蒸汽管道和設(shè)備內(nèi)的冷凝水、空氣會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)使蒸汽管道和設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生腐蝕。

2.2 疏水閥的類型

疏水閥主要有三種類型，分別是有機(jī)械型、熱靜力型和熱動(dòng)力型，具體類型詳見表1。通過比較分析，該垃圾焚燒電廠空預(yù)器系統(tǒng)采用機(jī)械型吊桶式疏水閥是合理的。

表1 疏水閥類型及性能介紹

3 疏水閥疏水不暢原因分析

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器疏水閥經(jīng)常出現(xiàn)疏水不暢，并且空預(yù)器蒸汽管出現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重、泄漏及爆管的現(xiàn)象。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)疏水器銘牌確認(rèn)，冷凝段、低壓段、高壓段疏水閥最大疏水流量分為別：2t/h、0.8t/h、1.5t/h，詳見表2。為滿足一次風(fēng)溫度要求，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求，一抽（高壓段汽源）最大抽汽量為2.9 t/h，此時(shí)汽包抽汽（中壓段汽源）1.7t/h；一抽抽汽量為1.9 t/h，此時(shí)汽包抽汽3t/h；一抽抽汽量為0 t/h時(shí)，此時(shí)汽包抽汽5.7t/h。下文對(duì)上述三種工況下疏水器的疏水能力進(jìn)行分析。

表2 疏水閥疏水流量

3.1 工況一：一抽2.9t/h，汽包抽汽1.7t/h

在此工況下，高壓段出口凝結(jié)水最大流量為1.7t/h，高壓段疏水閥基本能滿足要求；閃蒸罐出口凝結(jié)水最大流量為1.5t/h（按閃蒸罐入口流量的7/8計(jì)算），冷凝段疏水閥能滿足要求；低壓段出口凝結(jié)水最大流量為3.1t/h，低壓段疏水閥不能滿足要求。因此，在此典型工況下，高壓段、冷凝段疏水閥能滿足運(yùn)行要求，低壓段疏水閥不能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求[3]。圖2為空預(yù)器在工況一運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 空預(yù)器在工況一運(yùn)行狀態(tài)

3.2 工況二：一抽1.9t/h，汽包抽汽3t/h

在此工況下，高壓段出口凝結(jié)水最大流量為3t/h，高壓段疏水閥不能滿足要求；閃蒸罐出口凝結(jié)水最大流量為2.6t/h（按閃蒸罐入口流量的7/8計(jì)算），冷凝段疏水閥不能或勉強(qiáng)滿足要求；低壓段出口凝結(jié)水最大流量為2.5t/h，低壓段疏水閥不能滿足要求。因此在此典型工況下，高壓段、低壓段、冷凝段疏水閥均不能滿足運(yùn)行要求。圖3為空預(yù)器在工況二運(yùn)行狀態(tài)。

圖3 空預(yù)器在工況二運(yùn)行狀態(tài)

3.3 工況三：一抽0t/h，汽包抽汽5.7t/h

在此工況下，高壓段出口凝結(jié)水最大流量為5.7t/h，高壓段疏水閥不能滿足要求；閃蒸罐出口凝結(jié)水最大流量為5.0t/h（按閃蒸罐入口流量的7/8計(jì)算），冷凝段疏水閥不能滿足要求；低壓段出口凝結(jié)水最大流量為0.7t/h，低壓段疏水閥能滿足要求。因此在此典型工況下，高壓段、冷凝段疏水閥不能滿足運(yùn)行要求，低壓段疏水閥能滿足運(yùn)行要求，且高壓段換熱效果較差，影響鍋爐整體效率。圖4為空預(yù)器在工況三運(yùn)行狀態(tài)。

圖4 空預(yù)器在工況三運(yùn)行狀態(tài)

綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)安裝的疏水閥疏水流量過小，與實(shí)際不匹配，導(dǎo)致空預(yù)器疏水閥疏水不暢及蒸汽管爆管現(xiàn)象。

4 技改參數(shù)選擇及驗(yàn)證

根據(jù)前三種運(yùn)行工況可知，當(dāng)汽包抽汽小于1.7 t/h時(shí)，更換低壓段疏水閥即可；當(dāng)汽包抽汽大于1.7 t/h時(shí)，高壓段、低壓段、冷凝段疏水閥均需更換；當(dāng)出現(xiàn)一抽系統(tǒng)故障，空預(yù)器熱源全部從汽包抽汽獲取，流量為5.7t/h時(shí)，需更換高壓段、冷凝段疏水閥。根據(jù)最不利原則，高壓段、低壓段、冷凝段疏水閥均進(jìn)行更換，疏水閥選型參數(shù)詳見表3。

表3 更換空預(yù)器疏水閥參數(shù)

全廠6臺(tái)爐更換疏水閥后，空預(yù)器系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，疏水順暢，一次風(fēng)溫度穩(wěn)定，無(wú)須通過調(diào)大一抽、汽包抽汽。連續(xù)運(yùn)行兩年，未發(fā)生蒸汽管腐蝕、泄漏及爆管現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

疏水閥是實(shí)現(xiàn)空預(yù)器節(jié)能的關(guān)鍵設(shè)備，可以提高換熱效率，防止水錘、防止腐蝕。經(jīng)過各類疏水閥的比較分析，本垃圾焚燒電廠合理選用了機(jī)械型吊桶式疏水閥。疏水閥疏水不暢、蒸汽管道腐蝕泄漏的原因是疏水閥疏水流量過小，經(jīng)過分析計(jì)算，更換參數(shù)合適的疏水閥后解決了上述問題，為電廠解決類似設(shè)備問題提供了思路和參考[4]。