GGH 煙氣冷卻器出口冷凝結(jié)露問題分析與處理

（杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310012）

0 引言

近年來，我國(guó)環(huán)保態(tài)勢(shì)日益嚴(yán)峻，2015 年12 月2 日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定，在2020 年前，對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造[1]。為達(dá)到大氣污染物排放的要求，許多新建、改造機(jī)組均采用低低溫電除塵技術(shù)，配合GGH（煙氣換熱器）、濕式電除塵等，有效提高除塵效率以及余熱的回收利用[2]。在鍋爐啟動(dòng)初期或低負(fù)荷階段，由于尾部煙道金屬壁溫低，低低溫電除塵進(jìn)口極易發(fā)生冷凝結(jié)露現(xiàn)象，而運(yùn)行中又很難監(jiān)測(cè)結(jié)露的發(fā)生時(shí)間，難以評(píng)估結(jié)露的嚴(yán)重程度，因而往往被忽略，久而久之，易造成尾部煙道堵灰、輸灰堵管等。嚴(yán)重時(shí)甚至被迫停爐，損壞設(shè)備[3]。某電廠一期350 MW 燃煤機(jī)組停機(jī)期間就發(fā)現(xiàn)GGH 煙氣換熱器因冷凝結(jié)露管壁嚴(yán)重堵灰，影響機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行，最終只能更換。

在工程實(shí)踐中，低負(fù)荷階段煤粉燃盡性很低，粉煤灰經(jīng)過煙道后進(jìn)入電除塵。結(jié)露會(huì)造成陰陽(yáng)極間沾灰，影響除塵效率。積灰還會(huì)使放電電壓升高，陰陽(yáng)極間電阻被放電擊穿，產(chǎn)生的放電電弧加熱飛灰中未燃盡的碳，在煙氣中氧的作用下二次燃燒。燃燒使積灰處于熔融狀態(tài)，落入灰斗附著細(xì)灰形成焦塊[4]。此外，點(diǎn)火初期的粉煤灰表面有很多孔隙和裂縫，這種結(jié)構(gòu)對(duì)水的吸附作用很強(qiáng)。當(dāng)粘附在飛灰表面的水蒸氣發(fā)生結(jié)露時(shí)，灰的粘性增加造成內(nèi)磨擦增大，流動(dòng)阻力增大，導(dǎo)致電除塵內(nèi)積灰板結(jié)，形成比較堅(jiān)固的板結(jié)灰塊，造成堵塞[5-6]。

某燃煤熱電廠二期4×50 MW 母管制背壓供熱機(jī)組每臺(tái)鍋爐配雙室五電場(chǎng)低低溫靜電除塵器，每臺(tái)除塵器都有獨(dú)立的殼體，除塵效率大于99.88%，設(shè)10 個(gè)灰斗。電除塵前煙道上設(shè)有管式GGH 煙氣冷卻器，配套有含2 臺(tái)增壓泵熱媒水系統(tǒng)及GGH 蒸汽加熱器。采用濕法脫硫，配濕式電除塵，脫硫后設(shè)GGH 煙氣加熱器[7]。通過分析該電廠6 號(hào)機(jī)組在整套啟動(dòng)調(diào)試期間電除塵進(jìn)口冷凝結(jié)露的原因，提出相應(yīng)運(yùn)行調(diào)整，通過運(yùn)行優(yōu)化，有效緩解了電除塵進(jìn)口冷凝結(jié)露現(xiàn)象，為同類型機(jī)組避免冷凝結(jié)露、減少低溫腐蝕和GGH 煙道堵塞提供參考[8-9]。

1 事件經(jīng)過

某燃煤熱電廠鍋爐微油點(diǎn)火成功18 h 后投底層D 磨煤機(jī)。3 h 后發(fā)現(xiàn)GGH 煙氣冷卻器出口端至電除塵進(jìn)口煙道底部法蘭漏水且水量較大（見圖1），肉眼可見水中含有煤粉。同時(shí)，輸灰一電場(chǎng)倉(cāng)泵管道接頭處有漏水現(xiàn)象（見圖2），初步判斷GGH 內(nèi)部管道有漏點(diǎn)，灰斗進(jìn)水，為避免事故擴(kuò)大，遂緊急停爐。此時(shí)，6 號(hào)機(jī)組為母管制運(yùn)行，供熱流量約100 t/h，緊急停爐導(dǎo)致熱網(wǎng)瞬時(shí)缺失30%額定熱負(fù)荷，造成管網(wǎng)振蕩，影響相鄰機(jī)爐穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 電除塵進(jìn)口煙道法蘭漏水點(diǎn)

圖2 一電場(chǎng)輸灰管道漏水點(diǎn)

2 原因分析

2.1 現(xiàn)象描述

停爐后打開GGH 煙氣冷卻器進(jìn)出口人孔門檢查，發(fā)現(xiàn)：

（1）GGH 內(nèi)部管道未發(fā)現(xiàn)明顯漏點(diǎn)，中間通道未發(fā)現(xiàn)明顯積水現(xiàn)象。

（2）進(jìn)口側(cè)正常，有少量灰沉積，干燥（見圖3）。

（3）出口側(cè)GGH 管壁，包括中間通道、電除塵進(jìn)口導(dǎo)流孔等有嚴(yán)重冷凝結(jié)露現(xiàn)象，濕氣重，頂部有液滴滴落。此外，管壁粘有部分煤灰混合物，部分積聚在中間通道上（見圖4 和圖5）。

拆開倉(cāng)泵底部輸灰管道法蘭，發(fā)現(xiàn)倉(cāng)泵底部含少量積水，輸灰管道內(nèi)壁底部少量積水，長(zhǎng)度約為3 m，未發(fā)現(xiàn)堵管現(xiàn)象。

圖3 GGH 煙氣冷卻器進(jìn)口

圖4 GGH 煙氣冷卻器出口

圖5 GGH 煙氣冷卻器管壁結(jié)露

2.2 原因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，分析冷凝結(jié)露的主要原因如下：

（1）若GGH 內(nèi)部管道有漏點(diǎn)，勢(shì)必會(huì)造成煙道內(nèi)底部滲水。為加以驗(yàn)證，通過變流量、變壓力調(diào)節(jié)GGH 水循環(huán)，均未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，熱媒水箱液位也沒有明顯變化。因而可判斷，此次GGH 煙氣冷卻器出口端煙道底部法蘭漏水現(xiàn)象與GGH管道漏點(diǎn)無(wú)關(guān)。

（2）空預(yù)器吹灰蒸汽品質(zhì)會(huì)影響GGH 及電除塵之間的煙道，但GGH 煙氣冷卻器進(jìn)口側(cè)干燥，未發(fā)現(xiàn)異常，可排除空預(yù)器吹灰蒸汽的影響。

（3）鍋爐點(diǎn)火時(shí)正值當(dāng)?shù)囟荆h(huán)境溫度約-2 ℃。在此工況下，GGH 煙氣冷卻器進(jìn)水閥開度為35%，進(jìn)口旁路閥全關(guān)，出口煙溫均值為32.8℃，設(shè)計(jì)值為85 ℃，GGH 系統(tǒng)水溫為31.5 ℃。GGH 加熱器與空預(yù)器吹灰汽源取自同一根母管，實(shí)際運(yùn)行中優(yōu)先保障空預(yù)器吹灰效果。要求控制GGH 加熱器進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥開度為15%，流量計(jì)顯示為0.8 t/h，加熱器進(jìn)口水溫為34.1 ℃，出口水溫為36.5 ℃，加熱效果不理想。

根據(jù)設(shè)計(jì)說明，當(dāng)前負(fù)荷下，電除塵進(jìn)口煙氣中水蒸氣含量θ 按照7.6%計(jì)，鍋爐煙氣壓力P與大氣壓相近，按照標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101 325 Pa 計(jì)，煙氣中水蒸氣分壓力為：PH2O=P·θ=101 325×7.6%=7 700 Pa。

查表得該水蒸氣分壓力下對(duì)應(yīng)飽和溫度tld為40.80 ℃，此溫度即為水蒸氣中水露點(diǎn)溫度。

根據(jù)文獻(xiàn)[10]推薦的酸露點(diǎn)溫度經(jīng)驗(yàn)公式[10-12]：

式中：α 為電除塵進(jìn)口煙氣過量空氣系數(shù)；β 是與α 有關(guān)的系數(shù)；αfh為飛灰系數(shù)；分別為燃料折算灰分、硫分；Aar，Sar分別為燃料收到基灰分、硫分。根據(jù)設(shè)計(jì)煤種，計(jì)算出煙氣酸露點(diǎn)tsld=71.08℃。

而GGH 煙氣冷卻器出口處換熱管金屬壁溫與水溫接近[13]，約31.5℃，小于此煙氣的水露點(diǎn)和酸露點(diǎn)，煙氣中的水蒸氣和部分硫酸蒸氣凝結(jié)在受熱面金屬壁上是發(fā)生此次結(jié)露現(xiàn)象的主要原因。

3 處理措施

首先，倉(cāng)泵底部積水使用布條吸干，管道內(nèi)積水則使用輸灰壓縮空氣間斷性吹掃，直到輸灰系統(tǒng)管路恢復(fù)干燥狀態(tài)。綜合以上分析，冬季工況和機(jī)組低負(fù)荷工況下，低溫受熱面金屬壁溫很低，需采取相應(yīng)措施提高GGH 煙氣冷卻器受熱面金屬壁溫，使之高于煙氣露點(diǎn)溫度，避免再次結(jié)露。

其次，考慮增強(qiáng)GGH 蒸汽加熱器換熱效果，通過增大GGH 蒸汽加熱器進(jìn)口手動(dòng)總閥開度，提高換熱蒸汽量，使熱媒循環(huán)水溫升至70 ℃以上[14]，使GGH 煙氣冷卻器換熱管金屬壁溫升至70℃，以接近上述酸露點(diǎn)溫度tsld，煙氣不易結(jié)露。另外，提高灰斗氣化風(fēng)電加熱溫度至170 ℃[15]；增強(qiáng)灰斗伴熱效果，使灰斗壁溫不低于100℃；加強(qiáng)輸灰，提高電除塵陰、陽(yáng)極振打頻率，縮短輸灰循環(huán)時(shí)間，增加循環(huán)次數(shù)；減少啟動(dòng)初期鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間，盡快升至中高負(fù)荷，提升煙溫。

此外，該廠在此煙道法蘭處增加一根輸水管，用于定期檢查GGH 煙氣冷卻器處煙道內(nèi)結(jié)露或積水，特別是在冬季冷爐啟動(dòng)初期，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，起到良好的預(yù)防效果。

4 處理結(jié)果

采取上述措施之后，在停爐消缺期間檢查GGH 煙氣冷卻器，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口正常，出口中間通道有5 cm 左右灰層堆積，局部厚度達(dá)8 cm，扒開底部為粉煤灰層，比較潮濕，有輕微結(jié)塊現(xiàn)象，管壁未發(fā)現(xiàn)結(jié)露。電除塵進(jìn)口導(dǎo)流孔通流良好，除少量掛灰外，未發(fā)現(xiàn)明顯堵塞現(xiàn)象，電除塵極板狀態(tài)正常，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重積灰、板結(jié)現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)情況如圖6 所示。

為避免這部分粉煤灰給后續(xù)調(diào)試運(yùn)行帶來隱患，遂采取人工清理的方法處理。在啟動(dòng)調(diào)試以及機(jī)組投產(chǎn)之后，對(duì)該處受熱面進(jìn)行檢查，未出現(xiàn)類似結(jié)露現(xiàn)象（如圖7、圖8 所示）。可見，上述措施有效消除了此次電除塵進(jìn)口冷凝結(jié)露所帶來的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

圖6 停爐消缺期間煙氣冷卻器檢查情況

圖7 整套啟動(dòng)期間煙氣冷卻器出口檢查情況

圖8 機(jī)組投產(chǎn)后煙氣冷卻器出口檢查情況

低低溫電除塵是燃煤機(jī)組引進(jìn)超低排放技術(shù)的重要設(shè)備，其可靠性直接關(guān)系到大氣煙塵排放和機(jī)組的安全運(yùn)行。在國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的超低排放機(jī)組中，除低溫腐蝕外，還發(fā)生因結(jié)露導(dǎo)致電除塵異常跳閘、灰斗結(jié)焦、受潮板結(jié)引發(fā)堵管、GGH 換熱管道沾灰堵塞等事故，嚴(yán)重時(shí)甚至造成機(jī)組非停。尤其在冬季工況和低負(fù)荷工況下，低溫受熱面金屬壁溫低于露點(diǎn)時(shí)更易發(fā)生。通過增強(qiáng)GGH煙氣冷卻器蒸汽加熱器換熱效果、提高電除塵相鄰設(shè)備受熱面溫度、加強(qiáng)輸灰等方法可以有效避免冷凝結(jié)露，為今后超低排放機(jī)組的調(diào)試和運(yùn)行提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。