防結(jié)冰裝置在濕法脫硫煙囪上的應(yīng)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(duì)于燃煤發(fā)電機(jī)組，采用煙氣脫硫(FGD)技術(shù)是控制SO2排放的主要措施，其中石灰石—石膏濕法脫硫是當(dāng)今世界各國(guó)應(yīng)用最多和最成熟的工藝。在我國(guó)目前安裝了煙氣脫硫裝置的燃煤機(jī)組中，有70 %機(jī)組采用了石灰石—石膏濕法脫硫工藝。

1 煙囪筒首結(jié)冰的原因

濕法脫硫系統(tǒng)脫硫后的凈煙氣經(jīng)過(guò)除霧器后，煙氣攜帶的水滴(≥20 μm)含量均在75 mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基)左右。隨著除霧器運(yùn)行時(shí)間增加，工作效率降低，凈煙氣經(jīng)過(guò)除霧器后攜帶的水滴含量還會(huì)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(dá)到-30 ℃。未設(shè)置GGH裝置的脫硫系統(tǒng)凈煙氣攜帶水滴和水蒸氣經(jīng)過(guò)煙囪向大氣排放，當(dāng)凈煙氣經(jīng)過(guò)煙囪筒首排入大氣時(shí)，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(kuò)散的同時(shí)會(huì)有部分凍結(jié)在煙囪筒首，從而導(dǎo)致煙囪筒首結(jié)冰。嚴(yán)重時(shí)煙囪筒首結(jié)冰厚度可達(dá)1 m以上，結(jié)冰高度可達(dá)5 m，結(jié)冰體積會(huì)達(dá)到幾十m3。

煙囪筒首的結(jié)冰重量可達(dá)幾十t，嚴(yán)重影響煙囪結(jié)構(gòu)安全。煙囪筒首結(jié)冰體若出現(xiàn)脫落，將對(duì)煙囪下部的脫硫設(shè)備造成嚴(yán)重破壞，也可能對(duì)過(guò)往人員造成人身傷害，后果非常嚴(yán)重。

2 煙囪筒首結(jié)冰的應(yīng)對(duì)措施

濕法脫硫煙囪筒首結(jié)冰后，由于筒首部位高度較高，且無(wú)法進(jìn)行清理，結(jié)冰脫落可能造成下面人員傷害和設(shè)備損壞。因此，在煙囪筒首出現(xiàn)結(jié)冰后，各電廠通常在煙囪下面一定范圍內(nèi)設(shè)置安全標(biāo)識(shí)和安全圍欄，禁止人員進(jìn)入。但因煙囪下面及周?chē)柩惨暤脑O(shè)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(shè)備損壞。

濕法脫硫煙囪筒首結(jié)冰后，隨著結(jié)冰塊體積的逐漸增大，結(jié)冰塊體所引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)因素也逐漸增大。當(dāng)結(jié)冰塊體增大到一定程度后，繼續(xù)使用脫硫系統(tǒng)將對(duì)煙囪結(jié)構(gòu)安全和煙囪下部人員、設(shè)備帶來(lái)極大的安全隱患。在此情況下，設(shè)有旁路煙道的脫硫機(jī)組將不得不申請(qǐng)退出脫硫系統(tǒng)，防止煙囪筒首結(jié)冰繼續(xù)發(fā)展，并利用原干煙氣對(duì)煙囪筒首進(jìn)行化冰。這樣一般經(jīng)過(guò)半個(gè)多月時(shí)間，筒首結(jié)冰塊體將會(huì)明顯變小，但退出脫硫系統(tǒng)會(huì)造成發(fā)電機(jī)組階段脫硫電價(jià)損失。對(duì)于不設(shè)旁路煙道的脫硫機(jī)組，將不得不停機(jī)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(jié)冰，也不能完全避免結(jié)冰脫落對(duì)人員和設(shè)備的傷害，因此這種處理方法也存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

3 預(yù)防煙囪筒首結(jié)冰的措施

隨著脫硫系統(tǒng)陸續(xù)投入運(yùn)行，寒冷地區(qū)冬季煙囪筒首出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)冰狀況也越來(lái)越多。一些電廠在脫硫煙囪筒首上試驗(yàn)性地安裝了一些防結(jié)冰裝置，為寒冷地區(qū)濕法脫硫煙囪防結(jié)冰裝置的實(shí)際應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

3.1 安裝電加熱管

某廠在600 MW機(jī)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(zhì)，加工成雙S形，一端鉤掛在煙囪側(cè)壁上，另一端固定在信號(hào)平臺(tái)上，固定在信號(hào)平臺(tái)上的電加熱管長(zhǎng)度與信號(hào)平臺(tái)寬度相同，以避免筒首和信號(hào)平臺(tái)結(jié)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?zé)焽鑸A周方向設(shè)立3個(gè)加熱區(qū)，每個(gè)加熱區(qū)占120 °，且各加熱區(qū)獨(dú)立供電,獨(dú)立控制溫度。每個(gè)加熱區(qū)的2只電加熱管中間安裝1只溫度傳感器來(lái)測(cè)量間隙溫度，以間隙溫度作為控制加熱裝置投入的信號(hào)。

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

(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?fù)p壞。

(2)加熱管數(shù)量多，造成接線(xiàn)接頭較多，容易發(fā)生電氣線(xiàn)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(jié)冰裝置的經(jīng)驗(yàn)后，哈爾濱第三發(fā)電廠在3號(hào)600 MW機(jī)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(jié)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(nèi)部按計(jì)算布設(shè)鎳鉻合金電熱絲，具有發(fā)熱快、溫度均勻、熱效率高、強(qiáng)度高、不易老化、柔韌性好等特點(diǎn)。

在安裝電熱膜前應(yīng)先對(duì)煙囪筒首外部進(jìn)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(yīng)在160 ℃以上，須確保電熱膜通電后防腐材料不會(huì)出現(xiàn)超溫老化損壞。煙囪內(nèi)部防腐材料使用的是GDAPC雜化聚合防腐材料，外部煙囪信號(hào)平臺(tái)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(jù)風(fēng)向不同分別投入(一般同時(shí)投入2組)，以減少電耗。

柔性硅膠電熱膜防結(jié)冰裝置安裝后，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)計(jì)算，在室外環(huán)境溫度為-40 ℃時(shí)，電熱膜表面溫度應(yīng)45 ℃左右；而在環(huán)境氣溫為25 ℃時(shí)，實(shí)測(cè)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(jié)冰裝置安裝在3號(hào)機(jī)組煙囪后，經(jīng)2011-2012年冬季最嚴(yán)寒季節(jié)運(yùn)行，煙囪出口外壁未發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，運(yùn)行狀況良好。

硅膠電熱膜防結(jié)冰裝置主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)柔性硅膠電熱膜通電后表面溫度可通過(guò)計(jì)算確定，即溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度后不再繼續(xù)上升，不需設(shè)置溫度自控元件，減少了故障點(diǎn)，同時(shí)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(guò)對(duì)接線(xiàn)及轉(zhuǎn)接箱的改進(jìn)，可避免柔性硅膠電熱膜防結(jié)冰裝置接線(xiàn)部位出現(xiàn)故障。

(3)電熱膜可直接敷設(shè)在煙囪外表面，防結(jié)冰效果更好。