防結冰裝置在濕法脫硫煙囪上的應用

王立偉，王蘭河

（華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱 150024）

對于燃煤發(fā)電機組，采用煙氣脫硫(FGD)技術是控制SO2排放的主要措施，其中石灰石—石膏濕法脫硫是當今世界各國應用最多和最成熟的工藝。在我國目前安裝了煙氣脫硫裝置的燃煤機組中，有70 %機組采用了石灰石—石膏濕法脫硫工藝。

1 煙囪筒首結冰的原因

濕法脫硫系統(tǒng)脫硫后的凈煙氣經過除霧器后，煙氣攜帶的水滴(≥20 μm)含量均在75 mg/m3(標態(tài)、干基)左右。隨著除霧器運行時間增加，工作效率降低，凈煙氣經過除霧器后攜帶的水滴含量還會增加。此外，脫硫后吸收塔出口水蒸氣含量也在75 mg/m3左右。

在寒冷地區(qū)冬季的室外溫度很低，達到-30 ℃。未設置GGH裝置的脫硫系統(tǒng)凈煙氣攜帶水滴和水蒸氣經過煙囪向大氣排放，當凈煙氣經過煙囪筒首排入大氣時，溫度驟降，從45 ℃左右降至-30 ℃左右。凈煙氣攜帶的水滴和水蒸氣在煙氣擴散的同時會有部分凍結在煙囪筒首，從而導致煙囪筒首結冰。嚴重時煙囪筒首結冰厚度可達1 m以上，結冰高度可達5 m，結冰體積會達到幾十m3。

煙囪筒首的結冰重量可達幾十t，嚴重影響煙囪結構安全。煙囪筒首結冰體若出現(xiàn)脫落，將對煙囪下部的脫硫設備造成嚴重破壞，也可能對過往人員造成人身傷害，后果非常嚴重。

2 煙囪筒首結冰的應對措施

濕法脫硫煙囪筒首結冰后，由于筒首部位高度較高，且無法進行清理，結冰脫落可能造成下面人員傷害和設備損壞。因此，在煙囪筒首出現(xiàn)結冰后，各電廠通常在煙囪下面一定范圍內設置安全標識和安全圍欄，禁止人員進入。但因煙囪下面及周圍需巡視的設備和通道較多，并不能完全做到人員禁入，因此采取此措施仍不能完全避免可能出現(xiàn)的人身傷害和設備損壞。

濕法脫硫煙囪筒首結冰后，隨著結冰塊體積的逐漸增大，結冰塊體所引發(fā)的風險因素也逐漸增大。當結冰塊體增大到一定程度后，繼續(xù)使用脫硫系統(tǒng)將對煙囪結構安全和煙囪下部人員、設備帶來極大的安全隱患。在此情況下，設有旁路煙道的脫硫機組將不得不申請退出脫硫系統(tǒng)，防止煙囪筒首結冰繼續(xù)發(fā)展，并利用原干煙氣對煙囪筒首進行化冰。這樣一般經過半個多月時間，筒首結冰塊體將會明顯變小，但退出脫硫系統(tǒng)會造成發(fā)電機組階段脫硫電價損失。對于不設旁路煙道的脫硫機組，將不得不停機處理，由此造成的發(fā)電損失就更大了。

采用未脫硫的原干煙氣融化煙囪筒首結冰，也不能完全避免結冰脫落對人員和設備的傷害，因此這種處理方法也存在一定風險。

3 預防煙囪筒首結冰的措施

隨著脫硫系統(tǒng)陸續(xù)投入運行，寒冷地區(qū)冬季煙囪筒首出現(xiàn)嚴重結冰狀況也越來越多。一些電廠在脫硫煙囪筒首上試驗性地安裝了一些防結冰裝置，為寒冷地區(qū)濕法脫硫煙囪防結冰裝置的實際應用積累了寶貴的經驗。

3.1 安裝電加熱管

某廠在600 MW機組鍋爐210 m高的煙囪上安裝了240根電加熱管。電加熱管外徑為12 mm，表面為耐酸鎳基不銹鋼材質，加工成雙S形，一端鉤掛在煙囪側壁上，另一端固定在信號平臺上，固定在信號平臺上的電加熱管長度與信號平臺寬度相同，以避免筒首和信號平臺結冰。用不銹鋼板固定電加熱管，并沿電加熱管垂直方向布置2道固定卡子。固定卡子使用3 mm白鋼板和白鋼螺栓加工組成，加熱管間距為100 mm。沿煙囪圓周方向設立3個加熱區(qū)，每個加熱區(qū)占120 °，且各加熱區(qū)獨立供電,獨立控制溫度。每個加熱區(qū)的2只電加熱管中間安裝1只溫度傳感器來測量間隙溫度，以間隙溫度作為控制加熱裝置投入的信號。

該裝置投入使用后緩解了脫硫煙囪筒首上結冰的現(xiàn)象，但是在室外氣溫很低的時仍有結冰、落冰的情況。此種防結冰裝置主要存在以下缺點：

(1)溫度控制采用間隙溫度控制方式，溫度誤差大，易出現(xiàn)電加熱管超溫損壞。

(2)加熱管數(shù)量多，造成接線接頭較多，容易發(fā)生電氣線路故障。

3.2 安裝柔性硅膠電熱膜

在借鑒多家電廠在濕法脫硫煙囪上安裝的防結冰裝置的經驗后，哈爾濱第三發(fā)電廠在3號600 MW機組鍋爐濕法脫硫煙囪上(煙囪高度210 m，出口外徑8.1 m)安裝了柔性硅膠電熱膜防結冰裝置。

柔性硅膠電熱膜具有很好的耐腐蝕性能，其外部材料為硅橡膠高溫絕緣布，內部按計算布設鎳鉻合金電熱絲，具有發(fā)熱快、溫度均勻、熱效率高、強度高、不易老化、柔韌性好等特點。

在安裝電熱膜前應先對煙囪筒首外部進行防腐處理，避免煙囪筒首部位出現(xiàn)腐蝕。選用的防腐層耐溫極限應在160 ℃以上，須確保電熱膜通電后防腐材料不會出現(xiàn)超溫老化損壞。煙囪內部防腐材料使用的是GDAPC雜化聚合防腐材料，外部煙囪信號平臺以上部位(高7 m)使用的是相同材料，防腐層厚度為2 mm。在防腐層表面安裝4組柔性硅膠電熱膜，每組含6片電熱膜片，每片規(guī)格為6 000 mm×500 mm×3 mm，硅膠電熱膜片間距為200 mm。每組電熱膜功率為81 kW，供電電纜規(guī)格為ZRC-YJV32-3 mm×70 mm，可根據風向不同分別投入(一般同時投入2組)，以減少電耗。

柔性硅膠電熱膜防結冰裝置安裝后，各項技術指標均達到設計標準要求。經計算，在室外環(huán)境溫度為-40 ℃時，電熱膜表面溫度應45 ℃左右；而在環(huán)境氣溫為25 ℃時，實測柔性硅膠電熱膜表面溫度持續(xù)保持在105～115 ℃之間。柔性硅膠電熱膜防結冰裝置安裝在3號機組煙囪后，經2011-2012年冬季最嚴寒季節(jié)運行，煙囪出口外壁未發(fā)生結冰現(xiàn)象，運行狀況良好。

硅膠電熱膜防結冰裝置主要具有以下優(yōu)點。

(1)柔性硅膠電熱膜通電后表面溫度可通過計算確定，即溫度達到設計溫度后不再繼續(xù)上升，不需設置溫度自控元件，減少了故障點，同時也避免了可能出現(xiàn)的超溫干燒損壞情況。

(2)柔性硅膠電熱膜數(shù)量較少，大大減少了電纜接頭。通過對接線及轉接箱的改進，可避免柔性硅膠電熱膜防結冰裝置接線部位出現(xiàn)故障。

(3)電熱膜可直接敷設在煙囪外表面，防結冰效果更好。