垃圾焚烧电厂空预器疏水阀排水不畅及技改选型分析

广州环投永兴集团股份有限公司 邱留良

某生活垃圾焚烧厂日处理城市生活垃圾4000t，年处理城市生活垃圾133万t。垃圾焚烧系统配置6台处理规模750t/d的机械炉排炉，采用丹麦（BWV）垃圾焚烧处理技术，余热锅炉为自然循环、中温中压、单汽包卧式水管锅炉，额定主蒸汽温度400℃，主蒸汽压力4.0MPa，额定蒸发73.5t/h。配套25MW×4台凝汽式汽轮机+25MW×4台发电机的发电系统。尾气处理系统为（SNCR）脱硝+半干法脱酸＋干法脱酸+活性炭喷射吸附＋袋式除尘器的烟气净化组合工艺系统，同时配置先进、成熟的全厂自动控制系统和烟气排放在线监测系统。冷却水系统采用空冷。

1 空气预热器系统

传统燃煤电厂空气预热器是利用锅炉的尾部烟道来加热燃烧用空气的设备系统，布置在锅炉内部的尾部烟道内。其作用一是吸收尾部烟气热量，降低排烟热损失，提高锅炉热效率；二是提高燃烧用空气的温度，促进燃烧，使燃料易于着火、燃烧稳定，减少不完全燃烧热损失，提高燃烧效率。而生活垃圾电厂的空气预热器利用汽轮机抽汽和锅炉汽包抽汽来加热一次风的换热器，布置在锅炉外部。主要作用是利用汽轮机抽汽做功，同时提高一次风温度，使垃圾高效稳定燃烧，保证炉膛温度高于850℃[1]。

本生活垃圾焚烧厂空气预热器根据蒸汽压力和工质状态的不同，分为高压段、低压段和凝结水段三部分。传热元件采用螺旋翅片管，蒸汽走管内，空气在管外流动。空气预热器蒸汽由锅筒饱和蒸汽引出和汽轮机一段抽汽后，分别进入高压段和低压段。高压段出口蒸汽经过疏水膨胀箱闪蒸后变为二次蒸汽和高温凝结水，二次蒸汽也作为低压段热源，高温凝结水进入空预器凝结水段。低压段出口连接至除氧器，冷凝段出口排入锅炉疏水母管。空预器预热焚烧炉需要的一次风，一次风设计温度为220℃，高压段、低压段和凝结水段出口均有疏水阀，类型为机械型吊桶式。图1为空气预热器系统图。

图1 空气预热器系统图

2 疏水阀的作用及类型

2.1 疏水阀的作用

疏水阀是一种用在蒸汽管系统中的自动阀门，其主要作用是可以排除在管道系统内由于水蒸气凝结而产生的水，空气和其他的一些不凝结的气体，而且在排除的同时，还能保证管道系统内的水蒸气不会被泄漏。其主要作用有以下几点[2]。

2.1.1 降低疏水阀自身的消耗量

蒸汽疏水阀自身的蒸汽消耗量，一般是指蒸汽泄漏所产生的消耗量，或是蒸汽疏水阀动作时所需要的蒸汽量，再加上散热过程中所消耗蒸汽的损失量。通过疏水阀的使用就能有效地降低蒸汽的各大消耗量，更有利于设备对蒸气量在生产中的需求。

2.1.2 迅速排出系统启动时设备内的空气和低温凝结水

通过疏水阀能缩短整个设备的预热时间，并迅速排出设备内的空气和凝结水。系统启动前蒸汽管路内部充满空气，要及时将空气排除才能顺利进入蒸汽。另外，在蒸汽输送管路或蒸汽使用设备在达到一定的温度后，整个过程中所产生的初期低温凝结水也要迅速排出设备外，才能保障整个设备能实现正常的运转。

2.1.3 迅速排出设备内产生的凝结水

疏水阀还可将设备内产生的凝结水迅速排出。使整个蒸汽设备能在加热使用时处于极佳的发挥状态，并保持设备内不会有多余的凝结水常驻停留。最大限度确保整个设备内保持在良好的加热效率。

2.1.4 节能

饱和蒸汽的热焓由“液体热”和“汽化潜热”，而“汽化潜热”的热焓占总热焓的75%，所以在工业中希望在蒸汽系统中能先放出潜热再排出水，而疏水阀就能阻断蒸汽的直接排出，所以疏水阀就能通过节省蒸汽系统中热量的转换从而达到节省能源的目的。

2.1.5 提高换热效率

由于不可凝性气体不能液化，会在设备内管壁产生空气绑，启机时管道内的初始空气和运行中的部分热空气，会大大降低蒸汽的传热效率，致使蒸汽和被加热介质之间的热交换能力显著降低。所以必须将管道或换热设备中冷凝水和空气及时排除以提高换热效率。

2.1.6 防止水锤

蒸汽系统运行时，高速流动的蒸汽推动大量冷凝水，使其在管壁、阀门及设备上产生猛烈的撞击和波动，这种现象称为水锤。当水锤到达管道拐弯处，突然由高速转向静止，就会将所有的动能以压力的形式释放到转弯处的管壁，如果水锤的速度很快，或冷凝水量较大，就会使管壁破裂。即使速度慢或质量小，也会产生较大的噪音和振荡，严重时将会造成整个系统无法安全运行。

2.1.7 防止腐蚀

蒸汽管道和设备内的冷凝水、空气会产生化学反应，会使蒸汽管道和设备内产生腐蚀。

2.2 疏水阀的类型

疏水阀主要有三种类型，分别是有机械型、热静力型和热动力型，具体类型详见表1。通过比较分析，该垃圾焚烧电厂空预器系统采用机械型吊桶式疏水阀是合理的。

表1 疏水阀类型及性能介绍

3 疏水阀疏水不畅原因分析

运行中发现，空预器疏水阀经常出现疏水不畅，并且空预器蒸汽管出现腐蚀严重、泄漏及爆管的现象。经过现场疏水器铭牌确认，冷凝段、低压段、高压段疏水阀最大疏水流量分为别：2t/h、0.8t/h、1.5t/h，详见表2。为满足一次风温度要求，根据运行数据和设计要求，一抽（高压段汽源）最大抽汽量为2.9 t/h，此时汽包抽汽（中压段汽源）1.7t/h；一抽抽汽量为1.9 t/h，此时汽包抽汽3t/h；一抽抽汽量为0 t/h时，此时汽包抽汽5.7t/h。下文对上述三种工况下疏水器的疏水能力进行分析。

表2 疏水阀疏水流量

3.1 工况一：一抽2.9t/h，汽包抽汽1.7t/h

在此工况下，高压段出口凝结水最大流量为1.7t/h，高压段疏水阀基本能满足要求；闪蒸罐出口凝结水最大流量为1.5t/h（按闪蒸罐入口流量的7/8计算），冷凝段疏水阀能满足要求；低压段出口凝结水最大流量为3.1t/h，低压段疏水阀不能满足要求。因此，在此典型工况下，高压段、冷凝段疏水阀能满足运行要求，低压段疏水阀不能满足现场要求[3]。图2为空预器在工况一运行状态。

图2 空预器在工况一运行状态

3.2 工况二：一抽1.9t/h，汽包抽汽3t/h

在此工况下，高压段出口凝结水最大流量为3t/h，高压段疏水阀不能满足要求；闪蒸罐出口凝结水最大流量为2.6t/h（按闪蒸罐入口流量的7/8计算），冷凝段疏水阀不能或勉强满足要求；低压段出口凝结水最大流量为2.5t/h，低压段疏水阀不能满足要求。因此在此典型工况下，高压段、低压段、冷凝段疏水阀均不能满足运行要求。图3为空预器在工况二运行状态。

图3 空预器在工况二运行状态

3.3 工况三：一抽0t/h，汽包抽汽5.7t/h

在此工况下，高压段出口凝结水最大流量为5.7t/h，高压段疏水阀不能满足要求；闪蒸罐出口凝结水最大流量为5.0t/h（按闪蒸罐入口流量的7/8计算），冷凝段疏水阀不能满足要求；低压段出口凝结水最大流量为0.7t/h，低压段疏水阀能满足要求。因此在此典型工况下，高压段、冷凝段疏水阀不能满足运行要求，低压段疏水阀能满足运行要求，且高压段换热效果较差，影响锅炉整体效率。图4为空预器在工况三运行状态。

图4 空预器在工况三运行状态

综上所述，现场安装的疏水阀疏水流量过小，与实际不匹配，导致空预器疏水阀疏水不畅及蒸汽管爆管现象。

4 技改参数选择及验证

根据前三种运行工况可知，当汽包抽汽小于1.7 t/h时，更换低压段疏水阀即可；当汽包抽汽大于1.7 t/h时，高压段、低压段、冷凝段疏水阀均需更换；当出现一抽系统故障，空预器热源全部从汽包抽汽获取，流量为5.7t/h时，需更换高压段、冷凝段疏水阀。根据最不利原则，高压段、低压段、冷凝段疏水阀均进行更换，疏水阀选型参数详见表3。

表3 更换空预器疏水阀参数

全厂6台炉更换疏水阀后，空预器系统运行稳定，疏水顺畅，一次风温度稳定，无须通过调大一抽、汽包抽汽。连续运行两年，未发生蒸汽管腐蚀、泄漏及爆管现象。

5 结语

疏水阀是实现空预器节能的关键设备，可以提高换热效率，防止水锤、防止腐蚀。经过各类疏水阀的比较分析，本垃圾焚烧电厂合理选用了机械型吊桶式疏水阀。疏水阀疏水不畅、蒸汽管道腐蚀泄漏的原因是疏水阀疏水流量过小，经过分析计算，更换参数合适的疏水阀后解决了上述问题，为电厂解决类似设备问题提供了思路和参考[4]。