低低温电除尘灰斗蒸汽加热运行方式探究

姚国华魏 敏

上海外高桥第二发电有限责任公司

0 引言

上海外高桥第二发电厂（简称外二厂）发电机组的电除尘为三室四电场，分为AB两侧，每个电场有6个灰斗，共有48个灰斗，2015年底机组完成超净排放改造，其中包括电除尘灰斗电加热改为蒸汽盘管加热。在实际运行中遇到灰斗加热效果参差不齐、运行方式不经济等现象，急需通过理论分析、借鉴实绩和运行试验等手段来优化灰斗蒸汽加热运行情况。

1 低低温电除尘技术中酸露点和低温腐蚀问题研究

外二厂所采用的低低温电除尘技术是通过热媒水换热装置(MGGH)降低电除尘器入口烟气温度至酸露点温度以下，使烟气中的大部分SO3在MGGH区域冷凝形成硫酸雾，黏附在粉尘上并被碱性物质中和，大幅降低粉尘的比电阻，避免反电晕现象，提高电场击穿电压，从而提高除尘效率，同时去除大部分的SO3。

低低温电除尘技术的核心是烟气温度低于酸露点温度是否引起低温腐蚀问题，有日本学者的研究结果显示，合适的电除尘入口粉尘浓度可以保证SO3凝聚在粉尘表面，不会发生设备腐蚀。当灰硫比大于10时，腐蚀率几乎为零，在已交付的火电厂的低低温电除尘器灰硫比一般大于100，都没有低温腐蚀问题[1]。

通过对外二厂的超净排放设计书中烟气含量的计算，灰硫比大于400，如考虑掺烧高硫煤和脱硝装置将SO2转化成SO3的可能为最大值，计算出的灰硫比在200左右，因此不存在因灰斗温度低导致低温腐蚀的情况。

2 低低温电除尘技术中灰流动性分析

2.1 灰斗型式分析

低低温电除尘中灰斗型式一般需满足以下几点：

1）灰斗的卸灰角需大于常规设计，不宜小于65°；

2）灰斗不仅需保温，还需有大面积的蒸汽加热或电加热，其加热面需超过灰斗高度的2/3，以保证下灰通畅；

3）灰斗内壁涂有增加光滑度的材料，灰斗板材宜采用ND钢或内衬不锈钢板，内衬不锈钢板厚度应不小于2mm[2]。

外二厂灰斗类型基本满足卸灰角,约为68°。蒸汽盘管加热面几乎和灰斗高度一致，内部涂有增加光滑度的材料，具备低低温电除尘技术下的出灰要求。

2.2 灰斗外壁温度研究

火力发电厂的烟气往往含有一定量的水蒸气，外二厂实测烟气水蒸汽含量为5%～10%，如果在电除尘灰斗的设计过程中不采取相应措施，运行时一旦烟气温度低于其露点温度，灰斗中就会出现结露现象。当结露严重时灰尘粘结在一起，堵塞除尘管道和除尘器，导致出灰系统无法正常运行或根本不能运行。

为确保出灰系统的正常工作，灰斗温度必须控制在一定范围内，适用温度应由下式计算得出：t≥t1+t2，式中：t为灰斗外壁需控制的温度；t1为尘源气体的酸露点温度；t2为除尘器温降，应按照具体情况或实测数据而定[3]。

外二厂空预器出口烟气酸露点温度实测是50℃～70℃，公式中t1取最高值70℃。假设最大温降t2取20℃～30℃[4]，计算出灰斗外壁应控90℃～100℃左右，这是理论上的最大值。考虑到外二厂在电除尘灰斗外壁已采用盘管蒸汽加热并且敷以保温层，温降较小。参照实际运行中个别灰斗温度在70℃左右并未影响灰流动性的情况，由此说明实际运行中t1、t2取值还有一定下降空间，灰斗外壁温度保持在70℃以上基本能保证灰的流动性。

3 灰斗蒸汽加热运行实际情况

外二厂灰斗蒸汽加热采用盘管光管形式，几乎覆盖灰斗四个面的全部表面积，采用20号无缝钢管，盘管区域直径20mm，汽源采用锅炉辅汽，疏水汇集后回收至扩容器。

3.1 灰斗温度偏差

外二厂实际运行中灰斗温度偏差明显，并且排除了测温元件故障的可能。经分析，由于灰斗加热管是传热效果较差的光管材料，且蒸汽管道无法紧贴灰斗外壁，未直接加热保温层与灰斗外壁的空气夹层，故蒸汽管道与灰斗外壁的距离以及保温层铺设的情况直接影响了传热效果。另外，也存在温度测点位置偏高不能实际反映存灰区域灰斗壁温的情况，这些因素综合作用造成各个灰斗温度不均，这也使灰斗加热蒸汽流量始终无法达到最优状态。

图1 电除尘某电场灰斗蒸汽加热系统图

3.2 影响灰斗温度的因素

据实际观察，灰斗加热蒸汽进口辅汽蒸汽参数变化有限，主要影响灰斗温度和疏水温度的因素是灰斗内的灰量。由于一电场灰斗灰量较大，进而导致灰斗温度呈周期性波动，所以笔者认为灰斗温度的波动和测点附近存灰时有时无有直接关系。

另外，经观察今年以来的灰斗温度变化，极端气温也会对灰斗温度产生影响，说明保温层的铺设对灰斗温度也有一定的影响。

4 国内电厂灰斗蒸汽加热运行实绩

4.1 浙江某1 000MW机组灰斗蒸汽加热运行状况

浙江某电厂1 000MW超超临界机组，灰斗加热系统的蒸汽从综合管架的辅汽母管引出。经过减压阀的减压，使蒸汽压力工作范围在0.5MPa～0.9MPa之间。灰斗加热器为光管形式，加热盘管集中布置在灰斗中部，覆盖约2/3的灰斗表面积，蒸汽耗量约为0.52t/h，全部并联布置，疏水经汇集后，经过自动疏水器排入疏水母管。

4.2 安徽某600MW机组灰斗蒸汽加热运行状况

安徽某电厂机组容量为600MW，电除尘灰斗蒸汽加热汽源选用锅炉辅汽，经调节阀减压至整定压力后引入灰斗蒸汽加热系统。灰斗加热后的高温饱和水流入灰斗气化风蒸汽加热器，最后从灰斗气化风蒸汽加热器排出的凝结水约70℃，输送到机组排水槽。多余的饱和水从疏水器排出，蒸汽用量小于2t/h。

4.3 浙江某660MW机组灰斗蒸汽加热运行状况

浙江某电厂机组容量为660MW，超净排放装置与机组一同设计投产，电除尘灰斗为翅片管蒸汽加热，汽源选用锅炉辅汽。正常运行辅汽经减压阀后压力0.6MPA、温度250℃，控制灰斗温度90℃～110℃，实际运行仅控制加热蒸汽压力，估算耗用蒸汽流量约为2t/h～3t/h。由于末电场的灰经过之前的电除尘后降温最明显，且在灰斗内堆积时间较长，温度较之前电场低，故平日运行只检测末电场灰斗温度。

5 灰斗蒸汽加热器试验方案与结论

5.1 试验依据

依据国内其他电厂灰斗翅片管蒸汽加热设计经验，通过电厂灰量和加热蒸汽参数0.7MPa及250℃来计算每个灰斗需要耗能20kW，每20kW所消耗的蒸汽量约为30kg/h，根据外二厂的情况，一台机组需要加热蒸汽大约1.4t/h～1.5t/h。另外，查询资料得翅片管的散热面积是光管的5～10倍、传热效率是1～2倍，按此计算外二厂大约需要3t/h～5t/h、0.7MPa的压力蒸汽量。

图2 灰斗蒸汽加热管束安装仰拍图

1）外二厂灰斗蒸汽加热个别电场疏水温度还略高于其饱和温度，疏水为饱和蒸汽，由于流量过大没能利用到蒸汽的汽化潜热。经计算灰斗蒸汽加热焓降显热为300kJ/kg左右（按10t/h折算到每个灰斗大约是17kW，基本符合灰斗加热要求），但显热远小于汽化潜热，降压降流量后利用到的汽化潜热更高，见表1

表1 饱和水蒸气的相关参数

2）按传热学分析灰斗蒸汽加热的传热过程，影响整个传热效率的主要因素是热阻最大的阶段，即加热管向空气传热及空气向灰斗外壁传热的阶段，因此，适当降低蒸汽对管道传热并不会对最终换热效率产生很大的影响。

5.2 试验方案

据上述分析，考虑目前电除尘存在灰斗温度差异较大且个别温度较低的情况，建议选取电除尘电场中温度较高的电场进行试验。

1）将试验的电场灰斗蒸汽加热进汽门以及疏水门逐步关小，并确保灰斗温度不低于80℃。

2）灰控值班人员关注仓泵进灰情况，一旦出现某一电场的灰斗下灰有问题或者某灰斗温度下降明显的情况，应停止试验恢复至原先的运行状态。

5.3 试验结论

经过几周的试验发现，大部分灰斗温度没有显著下降，个别灰斗温度长时间上下波动，减小蒸汽量后波动区间并未下降；蒸汽流量在阀门关小时，短时间明显下降，但平稳后又有回升，笔者认为蒸汽流量被挤压到其它进汽门全开的电场。

6 灰斗蒸汽加热器运行分析结论

通过理论及试验数据分析，得出以下结论：

1）灰斗温度偏差大是由于蒸汽管与灰斗外壁的距离以及保温层铺设的差异所导致；

2）灰斗温度的影响因素主要和灰斗内的灰量有关，另外由于保温层的原因也会受极端气候的影响；

3）无论是按照每个灰斗加热所需功率值计算，还是其他相似电厂的运行经验，外二厂灰斗蒸汽加热的耗量偏大，有一定的下降空间。

4）从灰斗降流量试验表明，灰斗的温度较试验前没有明显下降趋势，蒸汽量适当降低对换热效率影响不大。

5）通过对灰斗外壁温度的理论分析，以及个别电场灰斗温度长时间在70℃左右能正常运行的情况，判断灰斗温度及蒸汽流量有一定的下降空间。

7 灰斗蒸汽加热器运行优化

基于理论基础和试验结果对灰斗蒸汽加热器运行优化，将电除尘灰斗蒸汽总门手动调节关小，各电场疏水门关至微开位置。电除尘灰斗蒸汽流量调节至3.5t/h、压力0.5Mpa、温度240℃左右、各电场疏水温度150℃左右。

灰斗蒸汽加热器运行优化后，经一个月的运行观察，面对暴雨、降温等恶劣天气情况，灰斗温度及出灰情况良好。在保证安全的前提下，取得了较为显著的节能效果，每日节约1.5MPa品质的蒸汽量160t，提高了机组运行的经济性。