垃圾焚燒電廠空預器疏水閥排水不暢及技改選型分析

廣州環投永興集團股份有限公司 邱留良

某生活垃圾焚燒廠日處理城市生活垃圾4000t，年處理城市生活垃圾133萬t。垃圾焚燒系統配置6臺處理規模750t/d的機械爐排爐，采用丹麥（BWV）垃圾焚燒處理技術，余熱鍋爐為自然循環、中溫中壓、單汽包臥式水管鍋爐，額定主蒸汽溫度400℃，主蒸汽壓力4.0MPa，額定蒸發73.5t/h。配套25MW×4臺凝汽式汽輪機+25MW×4臺發電機的發電系統。尾氣處理系統為（SNCR）脫硝+半干法脫酸＋干法脫酸+活性炭噴射吸附＋袋式除塵器的煙氣凈化組合工藝系統，同時配置先進、成熟的全廠自動控制系統和煙氣排放在線監測系統。冷卻水系統采用空冷。

1 空氣預熱器系統

傳統燃煤電廠空氣預熱器是利用鍋爐的尾部煙道來加熱燃燒用空氣的設備系統，布置在鍋爐內部的尾部煙道內。其作用一是吸收尾部煙氣熱量，降低排煙熱損失，提高鍋爐熱效率；二是提高燃燒用空氣的溫度，促進燃燒，使燃料易于著火、燃燒穩定，減少不完全燃燒熱損失，提高燃燒效率。而生活垃圾電廠的空氣預熱器利用汽輪機抽汽和鍋爐汽包抽汽來加熱一次風的換熱器，布置在鍋爐外部。主要作用是利用汽輪機抽汽做功，同時提高一次風溫度，使垃圾高效穩定燃燒，保證爐膛溫度高于850℃[1]。

本生活垃圾焚燒廠空氣預熱器根據蒸汽壓力和工質狀態的不同，分為高壓段、低壓段和凝結水段三部分。傳熱元件采用螺旋翅片管，蒸汽走管內，空氣在管外流動。空氣預熱器蒸汽由鍋筒飽和蒸汽引出和汽輪機一段抽汽后，分別進入高壓段和低壓段。高壓段出口蒸汽經過疏水膨脹箱閃蒸后變為二次蒸汽和高溫凝結水，二次蒸汽也作為低壓段熱源，高溫凝結水進入空預器凝結水段。低壓段出口連接至除氧器，冷凝段出口排入鍋爐疏水母管。空預器預熱焚燒爐需要的一次風，一次風設計溫度為220℃，高壓段、低壓段和凝結水段出口均有疏水閥，類型為機械型吊桶式。圖1為空氣預熱器系統圖。

圖1 空氣預熱器系統圖

2 疏水閥的作用及類型

2.1 疏水閥的作用

疏水閥是一種用在蒸汽管系統中的自動閥門，其主要作用是可以排除在管道系統內由于水蒸氣凝結而產生的水，空氣和其他的一些不凝結的氣體，而且在排除的同時，還能保證管道系統內的水蒸氣不會被泄漏。其主要作用有以下幾點[2]。

2.1.1 降低疏水閥自身的消耗量

蒸汽疏水閥自身的蒸汽消耗量，一般是指蒸汽泄漏所產生的消耗量，或是蒸汽疏水閥動作時所需要的蒸汽量，再加上散熱過程中所消耗蒸汽的損失量。通過疏水閥的使用就能有效地降低蒸汽的各大消耗量，更有利于設備對蒸氣量在生產中的需求。

2.1.2 迅速排出系統啟動時設備內的空氣和低溫凝結水

通過疏水閥能縮短整個設備的預熱時間，并迅速排出設備內的空氣和凝結水。系統啟動前蒸汽管路內部充滿空氣，要及時將空氣排除才能順利進入蒸汽。另外，在蒸汽輸送管路或蒸汽使用設備在達到一定的溫度后，整個過程中所產生的初期低溫凝結水也要迅速排出設備外，才能保障整個設備能實現正常的運轉。

2.1.3 迅速排出設備內產生的凝結水

疏水閥還可將設備內產生的凝結水迅速排出。使整個蒸汽設備能在加熱使用時處于極佳的發揮狀態，并保持設備內不會有多余的凝結水常駐停留。最大限度確保整個設備內保持在良好的加熱效率。

2.1.4 節能

飽和蒸汽的熱焓由“液體熱”和“汽化潛熱”，而“汽化潛熱”的熱焓占總熱焓的75%，所以在工業中希望在蒸汽系統中能先放出潛熱再排出水，而疏水閥就能阻斷蒸汽的直接排出，所以疏水閥就能通過節省蒸汽系統中熱量的轉換從而達到節省能源的目的。

2.1.5 提高換熱效率

由于不可凝性氣體不能液化，會在設備內管壁產生空氣綁，啟機時管道內的初始空氣和運行中的部分熱空氣，會大大降低蒸汽的傳熱效率，致使蒸汽和被加熱介質之間的熱交換能力顯著降低。所以必須將管道或換熱設備中冷凝水和空氣及時排除以提高換熱效率。

2.1.6 防止水錘

蒸汽系統運行時，高速流動的蒸汽推動大量冷凝水，使其在管壁、閥門及設備上產生猛烈的撞擊和波動，這種現象稱為水錘。當水錘到達管道拐彎處，突然由高速轉向靜止，就會將所有的動能以壓力的形式釋放到轉彎處的管壁，如果水錘的速度很快，或冷凝水量較大，就會使管壁破裂。即使速度慢或質量小，也會產生較大的噪音和振蕩，嚴重時將會造成整個系統無法安全運行。

2.1.7 防止腐蝕

蒸汽管道和設備內的冷凝水、空氣會產生化學反應，會使蒸汽管道和設備內產生腐蝕。

2.2 疏水閥的類型

疏水閥主要有三種類型，分別是有機械型、熱靜力型和熱動力型，具體類型詳見表1。通過比較分析，該垃圾焚燒電廠空預器系統采用機械型吊桶式疏水閥是合理的。

表1 疏水閥類型及性能介紹

3 疏水閥疏水不暢原因分析

運行中發現，空預器疏水閥經常出現疏水不暢，并且空預器蒸汽管出現腐蝕嚴重、泄漏及爆管的現象。經過現場疏水器銘牌確認，冷凝段、低壓段、高壓段疏水閥最大疏水流量分為別：2t/h、0.8t/h、1.5t/h，詳見表2。為滿足一次風溫度要求，根據運行數據和設計要求，一抽（高壓段汽源）最大抽汽量為2.9 t/h，此時汽包抽汽（中壓段汽源）1.7t/h；一抽抽汽量為1.9 t/h，此時汽包抽汽3t/h；一抽抽汽量為0 t/h時，此時汽包抽汽5.7t/h。下文對上述三種工況下疏水器的疏水能力進行分析。

表2 疏水閥疏水流量

3.1 工況一：一抽2.9t/h，汽包抽汽1.7t/h

在此工況下，高壓段出口凝結水最大流量為1.7t/h，高壓段疏水閥基本能滿足要求；閃蒸罐出口凝結水最大流量為1.5t/h（按閃蒸罐入口流量的7/8計算），冷凝段疏水閥能滿足要求；低壓段出口凝結水最大流量為3.1t/h，低壓段疏水閥不能滿足要求。因此，在此典型工況下，高壓段、冷凝段疏水閥能滿足運行要求，低壓段疏水閥不能滿足現場要求[3]。圖2為空預器在工況一運行狀態。

圖2 空預器在工況一運行狀態

3.2 工況二：一抽1.9t/h，汽包抽汽3t/h

在此工況下，高壓段出口凝結水最大流量為3t/h，高壓段疏水閥不能滿足要求；閃蒸罐出口凝結水最大流量為2.6t/h（按閃蒸罐入口流量的7/8計算），冷凝段疏水閥不能或勉強滿足要求；低壓段出口凝結水最大流量為2.5t/h，低壓段疏水閥不能滿足要求。因此在此典型工況下，高壓段、低壓段、冷凝段疏水閥均不能滿足運行要求。圖3為空預器在工況二運行狀態。

圖3 空預器在工況二運行狀態

3.3 工況三：一抽0t/h，汽包抽汽5.7t/h

在此工況下，高壓段出口凝結水最大流量為5.7t/h，高壓段疏水閥不能滿足要求；閃蒸罐出口凝結水最大流量為5.0t/h（按閃蒸罐入口流量的7/8計算），冷凝段疏水閥不能滿足要求；低壓段出口凝結水最大流量為0.7t/h，低壓段疏水閥能滿足要求。因此在此典型工況下，高壓段、冷凝段疏水閥不能滿足運行要求，低壓段疏水閥能滿足運行要求，且高壓段換熱效果較差，影響鍋爐整體效率。圖4為空預器在工況三運行狀態。

圖4 空預器在工況三運行狀態

綜上所述，現場安裝的疏水閥疏水流量過小，與實際不匹配，導致空預器疏水閥疏水不暢及蒸汽管爆管現象。

4 技改參數選擇及驗證

根據前三種運行工況可知，當汽包抽汽小于1.7 t/h時，更換低壓段疏水閥即可；當汽包抽汽大于1.7 t/h時，高壓段、低壓段、冷凝段疏水閥均需更換；當出現一抽系統故障，空預器熱源全部從汽包抽汽獲取，流量為5.7t/h時，需更換高壓段、冷凝段疏水閥。根據最不利原則，高壓段、低壓段、冷凝段疏水閥均進行更換，疏水閥選型參數詳見表3。

表3 更換空預器疏水閥參數

全廠6臺爐更換疏水閥后，空預器系統運行穩定，疏水順暢，一次風溫度穩定，無須通過調大一抽、汽包抽汽。連續運行兩年，未發生蒸汽管腐蝕、泄漏及爆管現象。

5 結語

疏水閥是實現空預器節能的關鍵設備，可以提高換熱效率，防止水錘、防止腐蝕。經過各類疏水閥的比較分析，本垃圾焚燒電廠合理選用了機械型吊桶式疏水閥。疏水閥疏水不暢、蒸汽管道腐蝕泄漏的原因是疏水閥疏水流量過小，經過分析計算，更換參數合適的疏水閥后解決了上述問題，為電廠解決類似設備問題提供了思路和參考[4]。