低低溫電除塵灰斗蒸汽加熱運行方式探究

姚國華魏 敏

上海外高橋第二發(fā)電有限責任公司

0 引言

上海外高橋第二發(fā)電廠（簡稱外二廠）發(fā)電機組的電除塵為三室四電場，分為AB兩側，每個電場有6個灰斗，共有48個灰斗，2015年底機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。在實際運行中遇到灰斗加熱效果參差不齊、運行方式不經(jīng)濟等現(xiàn)象，急需通過理論分析、借鑒實績和運行試驗等手段來優(yōu)化灰斗蒸汽加熱運行情況。

1 低低溫電除塵技術中酸露點和低溫腐蝕問題研究

外二廠所采用的低低溫電除塵技術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中和，大幅降低粉塵的比電阻，避免反電暈現(xiàn)象，提高電場擊穿電壓，從而提高除塵效率，同時去除大部分的SO3。

低低溫電除塵技術的核心是煙氣溫度低于酸露點溫度是否引起低溫腐蝕問題，有日本學者的研究結果顯示，合適的電除塵入口粉塵濃度可以保證SO3凝聚在粉塵表面，不會發(fā)生設備腐蝕。當灰硫比大于10時，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]。

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

2 低低溫電除塵技術中灰流動性分析

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：

1）灰斗的卸灰角需大于常規(guī)設計，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）灰斗內壁涂有增加光滑度的材料，灰斗板材宜采用ND鋼或內襯不銹鋼板，內襯不銹鋼板厚度應不小于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，內部涂有增加光滑度的材料，具備低低溫電除塵技術下的出灰要求。

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，外二廠實測煙氣水蒸汽含量為5%～10%，如果在電除塵灰斗的設計過程中不采取相應措施，運行時一旦煙氣溫度低于其露點溫度，灰斗中就會出現(xiàn)結露現(xiàn)象。當結露嚴重時灰塵粘結在一起，堵塞除塵管道和除塵器，導致出灰系統(tǒng)無法正常運行或根本不能運行。

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，適用溫度應由下式計算得出：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溫度；t2為除塵器溫降，應按照具體情況或實測數(shù)據(jù)而定[3]。

外二廠空預器出口煙氣酸露點溫度實測是50℃～70℃，公式中t1取最高值70℃。假設最大溫降t2取20℃～30℃[4]，計算出灰斗外壁應控90℃～100℃左右，這是理論上的最大值。考慮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。參照實際運行中個別灰斗溫度在70℃左右并未影響灰流動性的情況，由此說明實際運行中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性。

3 灰斗蒸汽加熱運行實際情況

外二廠灰斗蒸汽加熱采用盤管光管形式，幾乎覆蓋灰斗四個面的全部表面積，采用20號無縫鋼管，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容器。

3.1 灰斗溫度偏差

外二廠實際運行中灰斗溫度偏差明顯，并且排除了測溫元件故障的可能。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的情況直接影響了傳熱效果。另外，也存在溫度測點位置偏高不能實際反映存灰區(qū)域灰斗壁溫的情況，這些因素綜合作用造成各個灰斗溫度不均，這也使灰斗加熱蒸汽流量始終無法達到最優(yōu)狀態(tài)。

圖1 電除塵某電場灰斗蒸汽加熱系統(tǒng)圖

3.2 影響灰斗溫度的因素

據(jù)實際觀察，灰斗加熱蒸汽進口輔汽蒸汽參數(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的灰量。由于一電場灰斗灰量較大，進而導致灰斗溫度呈周期性波動，所以筆者認為灰斗溫度的波動和測點附近存灰時有時無有直接關系。

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

4 國內電廠灰斗蒸汽加熱運行實績

4.1 浙江某1 000MW機組灰斗蒸汽加熱運行狀況

浙江某電廠1 000MW超超臨界機組，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)過自動疏水器排入疏水母管。

4.2 安徽某600MW機組灰斗蒸汽加熱運行狀況

安徽某電廠機組容量為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蒸汽加熱器，最后從灰斗氣化風蒸汽加熱器排出的凝結水約70℃，輸送到機組排水槽。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機組灰斗蒸汽加熱運行狀況

浙江某電廠機組容量為660MW，超凈排放裝置與機組一同設計投產(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℃，實際運行僅控制加熱蒸汽壓力，估算耗用蒸汽流量約為2t/h～3t/h。由于末電場的灰經(jīng)過之前的電除塵后降溫最明顯，且在灰斗內堆積時間較長，溫度較之前電場低，故平日運行只檢測末電場灰斗溫度。

5 灰斗蒸汽加熱器試驗方案與結論

5.1 試驗依據(jù)

依據(jù)國內其他電廠灰斗翅片管蒸汽加熱設計經(jīng)驗，通過電廠灰量和加熱蒸汽參數(shù)0.7MPa及250℃來計算每個灰斗需要耗能20kW，每20kW所消耗的蒸汽量約為30kg/h，根據(jù)外二廠的情況，一臺機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別電場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)計算灰斗蒸汽加熱焓降顯熱為300kJ/kg左右（按10t/h折算到每個灰斗大約是17kW，基本符合灰斗加熱要求），但顯熱遠小于汽化潛熱，降壓降流量后利用到的汽化潛熱更高，見表1

表1 飽和水蒸氣的相關參數(shù)

2）按傳熱學分析灰斗蒸汽加熱的傳熱過程，影響整個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，適當降低蒸汽對管道傳熱并不會對最終換熱效率產(chǎn)生很大的影響。

5.2 試驗方案

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別溫度較低的情況，建議選取電除塵電場中溫度較高的電場進行試驗。

1）將試驗的電場灰斗蒸汽加熱進汽門以及疏水門逐步關小，并確保灰斗溫度不低于80℃。

2）灰控值班人員關注倉泵進灰情況，一旦出現(xiàn)某一電場的灰斗下灰有問題或者某灰斗溫度下降明顯的情況，應停止試驗恢復至原先的運行狀態(tài)。

5.3 試驗結論

經(jīng)過幾周的試驗發(fā)現(xiàn)，大部分灰斗溫度沒有顯著下降，個別灰斗溫度長時間上下波動，減小蒸汽量后波動區(qū)間并未下降；蒸汽流量在閥門關小時，短時間明顯下降，但平穩(wěn)后又有回升，筆者認為蒸汽流量被擠壓到其它進汽門全開的電場。

6 灰斗蒸汽加熱器運行分析結論

通過理論及試驗數(shù)據(jù)分析，得出以下結論：

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的差異所導致；

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

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

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

5）通過對灰斗外壁溫度的理論分析，以及個別電場灰斗溫度長時間在70℃左右能正常運行的情況，判斷灰斗溫度及蒸汽流量有一定的下降空間。

7 灰斗蒸汽加熱器運行優(yōu)化

基于理論基礎和試驗結果對灰斗蒸汽加熱器運行優(yōu)化，將電除塵灰斗蒸汽總門手動調節(jié)關小，各電場疏水門關至微開位置。電除塵灰斗蒸汽流量調節(jié)至3.5t/h、壓力0.5Mpa、溫度240℃左右、各電場疏水溫度150℃左右。

灰斗蒸汽加熱器運行優(yōu)化后，經(jīng)一個月的運行觀察，面對暴雨、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品質的蒸汽量160t，提高了機組運行的經(jīng)濟性。