燃煤電廠脫硝煙道支吊架常見問題分析

王海帥，鐘 蛟，劉 明，王 曦，張 鵬

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310030)

0 引 言

煙氣脫硝工藝是現(xiàn)階段燃煤電廠控制氮氧化物(NOx)排放的主要技術(shù)手段之一[1]，配套脫硝裝置一般主要由煙道、反應(yīng)器和支吊架三個(gè)部分組成。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在煙道結(jié)構(gòu)方面開展了大量的研究工作[2]，但在研究過程中常把支吊架作為邊界條件來考慮，忽視了支吊架自身工作狀態(tài)對(duì)煙道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。煙道作為一種大型薄壁鋼結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部高溫?zé)煔獾淖饔孟聲?huì)產(chǎn)生熱膨脹[3]，支吊架工作狀態(tài)異常可能導(dǎo)致煙道膨脹受阻，影響脫硝系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而目前實(shí)際情況是，與四大管道支吊架相比，無論是日常維護(hù)還是階段性檢修方面，脫硝煙道支吊架普遍重視程度不夠。因此，對(duì)脫硝煙道支吊架常見失效形式進(jìn)行分析具有重要意義。

文中結(jié)合某區(qū)域7家燃煤電廠脫硝系統(tǒng)煙道隱患排查結(jié)果，對(duì)煙道支吊架常見問題進(jìn)行了分析并給出處理建議，為燃煤電廠技術(shù)人員開展日常維護(hù)工作提供參考。

1 脫硝煙道支吊架常見種類

國內(nèi)燃煤機(jī)組大多采用SCR脫硝技術(shù)，因而脫硝煙道結(jié)構(gòu)布置大同小異[4]，典型脫硝煙道結(jié)構(gòu)如圖1所示。脫硝煙道一般包括入口和出口煙道，其中入口煙道設(shè)置在鍋爐省煤器出口與脫硝反應(yīng)器入口之間，出口煙道上側(cè)通過焊接方式固定在反應(yīng)器底部，下側(cè)通過膨脹節(jié)連接至空預(yù)器。

隨著燃煤機(jī)組容量和參數(shù)的不斷提高，脫硝煙道支撐點(diǎn)位置的選取和不同類型支吊架的組合方式也在不斷改進(jìn)。目前，脫硝煙道涉及7種類型支吊架，即彈簧支吊架、恒力吊架、剛性吊架、滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架、止晃裝置及固定支架。由于每種類型支吊架具有各自不同的功能和特點(diǎn)，因而被用于煙道不同位置以保證脫硝設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，煙道支吊架類型、功能及常見安裝位置見表1。

表1 煙道支吊架類型、功能及常見安裝位置

2 脫硝煙道支吊架常見問題

對(duì)7家燃煤電廠開展了脫硝系統(tǒng)煙道隱患排查工作，各電廠機(jī)組信息見表2。結(jié)合專項(xiàng)檢查結(jié)果，對(duì)煙道支吊架常見問題進(jìn)行了歸納總結(jié)，并分析故障產(chǎn)生原因。

表2 7家燃煤電廠機(jī)組基本信息

續(xù)表2

電廠機(jī)組編號(hào)機(jī)組類型機(jī)組容量投產(chǎn)日期脫硝廠家脫硝工藝XS1號(hào)亞臨界330 MW2004.07.28華電科工SCR工藝2號(hào)亞臨界330 MW2004.12.21華電科工SCR工藝3號(hào)超超臨界680 MW2010.12.23華電科工SCR工藝4號(hào)超超臨界680 MW2014.04.15華電科工SCR工藝XX1號(hào)超臨界660 MW2007.04.19青島華拓SCR工藝2號(hào)超臨界660 MW2007.08.22青島華拓SCR工藝QD1號(hào)亞臨界330 MW2012.11.14青島華拓SCR工藝2號(hào)亞臨界330 MW2013.07.20青島華拓SCR工藝LH1號(hào)亞臨界330 MW2009.12.23青島華拓SCR工藝2號(hào)亞臨界330 MW2010.05.29青島華拓SCR工藝

2.1 原始設(shè)計(jì)誤差

支吊架的工作載荷及附加載荷是煙道支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要參數(shù)，工作載荷是支吊架設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)，而附加載荷通常在計(jì)算支吊架的結(jié)構(gòu)載荷時(shí)進(jìn)行考慮。附加載荷一般包括積灰荷載、風(fēng)雪荷載及地震荷載。其中，由于積灰荷載計(jì)算不準(zhǔn)確導(dǎo)致的生產(chǎn)事故較多。

在燃煤機(jī)組運(yùn)行過程中，積灰現(xiàn)象在入口煙道水平段時(shí)有發(fā)生，積灰的嚴(yán)重程度直接影響煙道的安全運(yùn)行，但目前對(duì)于積灰荷載的計(jì)算還沒有一個(gè)比較精確的公式，常依據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)取1/3煙道高度作為積灰高度進(jìn)行載荷計(jì)算[5]，而實(shí)際上積灰高度與入爐煤質(zhì)好壞、鍋爐負(fù)荷高低、導(dǎo)流板布置方式、輸灰系統(tǒng)投運(yùn)情況等因素密切相關(guān)[6]。因此，僅以煙道高度作為積灰荷載計(jì)算依據(jù)并不科學(xué)，不可避免會(huì)導(dǎo)致支吊架的設(shè)計(jì)載荷與實(shí)際承載要求之間存在一定誤差。

此外，早期投運(yùn)機(jī)組使用的脫銷系統(tǒng)多為脫硝廠家所設(shè)計(jì)，與鍋爐生產(chǎn)廠家并非一家單位，若對(duì)鍋爐服役情況不熟悉，在設(shè)計(jì)時(shí)也容易出現(xiàn)失誤。如某電廠1號(hào)超臨界600 MW機(jī)組脫硝改造時(shí)未充分考慮鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況，參照標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5121-2000)中高效除塵器后積灰高度確定方法，取1/6煙道高度作為積灰高度進(jìn)行支吊架載荷計(jì)算，導(dǎo)致煙道支撐裝置設(shè)計(jì)載荷與實(shí)際承載載荷偏差較大，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

2.2 制造質(zhì)量不合格

煙道支吊架按生產(chǎn)制造單位的不同一般可分為兩類：一類由專業(yè)的支吊架生產(chǎn)廠家提供，該類支吊架由于具有一定技術(shù)含量因而制造難度相對(duì)較大，如恒力吊架、彈簧支吊架等；另一類支吊架由于技術(shù)要求不高且制造過程相對(duì)簡單，通常由脫硝改造工程施工單位利用鋼板、無縫鋼管等材料現(xiàn)場加工制作而成，如滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架、止晃裝置等。

對(duì)于恒力吊架和彈簧支吊架，相關(guān)規(guī)程對(duì)支吊架的驗(yàn)收要求有明確規(guī)定[7]。但是，部分中小型支吊架廠家為了控制生產(chǎn)成本，在制造過程中偷工減料，在出廠檢驗(yàn)時(shí)弄虛作假[8]，一旦業(yè)主驗(yàn)收手續(xù)不規(guī)范，將導(dǎo)致煙道支吊架在初始安裝階段就存在遺留問題。而現(xiàn)場加工制作的支吊架成品質(zhì)量主要取決于施工人員的技術(shù)水平，如下料尺寸精度的控制、焊工焊接水平的高低，該類支吊架在制造過程中若缺乏有效監(jiān)督管理，也易出現(xiàn)不合格產(chǎn)品。

2.3 安裝質(zhì)量不良

對(duì)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納發(fā)現(xiàn)，支吊架產(chǎn)生故障的主要原因?yàn)榘惭b質(zhì)量不良，見表3。其中，滑動(dòng)支架和導(dǎo)向支架錯(cuò)裝問題最為普遍。基于增強(qiáng)煙道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的需要，在設(shè)置關(guān)鍵支撐點(diǎn)時(shí)，滑動(dòng)支架和導(dǎo)向支架一般會(huì)配合使用，導(dǎo)向支架常安裝于煙道中心線處，起約束煙道側(cè)向異常位移作用，如圖2所示。但由于滑動(dòng)支架和導(dǎo)向支架在結(jié)構(gòu)上具有較高相似性，施工人員常常因?yàn)槭韬龆鴮⒍呋煜斐慑e(cuò)裝。

表3 煙道支吊架常見問題

3 討論

近年來，脫硝煙道安全事故時(shí)有發(fā)生，給發(fā)電企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，主要與兩方面原因有關(guān)：(1)國家在“十二五”(2011～2015年)期間將脫硝列入節(jié)能減排總量控制硬性指標(biāo)，但截止2011年底，國內(nèi)脫硝技術(shù)還處在探索示范階段，一方面環(huán)保政策日益嚴(yán)格，另一方面脫硝工藝并不成熟，導(dǎo)致煙道支撐結(jié)構(gòu)的布置方式存在原始設(shè)計(jì)缺陷；(2)目前燃煤電廠脫硝系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作通常由化學(xué)專業(yè)人員承擔(dān)，且專業(yè)人員的工作重心一般在于如何有效提高脫硝效率方面，較少關(guān)注煙道支撐裝置的工作狀態(tài)，導(dǎo)致脫硝設(shè)備實(shí)際上處于“帶病”運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)束語

隨著燃煤機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長，早期脫硝改造工程中遺留的問題不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重影響脫硝設(shè)備的安全運(yùn)行。對(duì)于新建機(jī)組，應(yīng)采用最新的脫銷設(shè)施與發(fā)電機(jī)組同步建設(shè)技術(shù)；對(duì)于脫硝改造機(jī)組，應(yīng)從加強(qiáng)日常運(yùn)行維護(hù)和提高重視程度兩方面著手，避免因?yàn)橹窝b置問題導(dǎo)致煙道安全事故發(fā)生。