王立伟，王兰河

（华电能源哈尔滨第三发电厂，黑龙江 哈尔滨 150024）

对于燃煤发电机组，采用烟气脱硫(FGD)技术是控制SO2排放的主要措施，其中石灰石—石膏湿法脱硫是当今世界各国应用最多和最成熟的工艺。在我国目前安装了烟气脱硫装置的燃煤机组中，有70 %机组采用了石灰石—石膏湿法脱硫工艺。

1 烟囱筒首结冰的原因

湿法脱硫系统脱硫后的净烟气经过除雾器后，烟气携带的水滴(≥20 μm)含量均在75 mg/m3(标态、干基)左右。随着除雾器运行时间增加，工作效率降低，净烟气经过除雾器后携带的水滴含量还会增加。此外，脱硫后吸收塔出口水蒸气含量也在75 mg/m3左右。

在寒冷地区冬季的室外温度很低，达到-30 ℃。未设置GGH装置的脱硫系统净烟气携带水滴和水蒸气经过烟囱向大气排放，当净烟气经过烟囱筒首排入大气时，温度骤降，从45 ℃左右降至-30 ℃左右。净烟气携带的水滴和水蒸气在烟气扩散的同时会有部分冻结在烟囱筒首，从而导致烟囱筒首结冰。严重时烟囱筒首结冰厚度可达1 m以上，结冰高度可达5 m，结冰体积会达到几十m3。

烟囱筒首的结冰重量可达几十t，严重影响烟囱结构安全。烟囱筒首结冰体若出现脱落，将对烟囱下部的脱硫设备造成严重破坏，也可能对过往人员造成人身伤害，后果非常严重。

2 烟囱筒首结冰的应对措施

湿法脱硫烟囱筒首结冰后，由于筒首部位高度较高，且无法进行清理，结冰脱落可能造成下面人员伤害和设备损坏。因此，在烟囱筒首出现结冰后，各电厂通常在烟囱下面一定范围内设置安全标识和安全围栏，禁止人员进入。但因烟囱下面及周围需巡视的设备和通道较多，并不能完全做到人员禁入，因此采取此措施仍不能完全避免可能出现的人身伤害和设备损坏。

湿法脱硫烟囱筒首结冰后，随着结冰块体积的逐渐增大，结冰块体所引发的风险因素也逐渐增大。当结冰块体增大到一定程度后，继续使用脱硫系统将对烟囱结构安全和烟囱下部人员、设备带来极大的安全隐患。在此情况下，设有旁路烟道的脱硫机组将不得不申请退出脱硫系统，防止烟囱筒首结冰继续发展，并利用原干烟气对烟囱筒首进行化冰。这样一般经过半个多月时间，筒首结冰块体将会明显变小，但退出脱硫系统会造成发电机组阶段脱硫电价损失。对于不设旁路烟道的脱硫机组，将不得不停机处理，由此造成的发电损失就更大了。

采用未脱硫的原干烟气融化烟囱筒首结冰，也不能完全避免结冰脱落对人员和设备的伤害，因此这种处理方法也存在一定风险。

3 预防烟囱筒首结冰的措施

随着脱硫系统陆续投入运行，寒冷地区冬季烟囱筒首出现严重结冰状况也越来越多。一些电厂在脱硫烟囱筒首上试验性地安装了一些防结冰装置，为寒冷地区湿法脱硫烟囱防结冰装置的实际应用积累了宝贵的经验。

3.1 安装电加热管

某厂在600 MW机组锅炉210 m高的烟囱上安装了240根电加热管。电加热管外径为12 mm，表面为耐酸镍基不锈钢材质，加工成双S形，一端钩挂在烟囱侧壁上，另一端固定在信号平台上，固定在信号平台上的电加热管长度与信号平台宽度相同，以避免筒首和信号平台结冰。用不锈钢板固定电加热管，并沿电加热管垂直方向布置2道固定卡子。固定卡子使用3 mm白钢板和白钢螺栓加工组成，加热管间距为100 mm。沿烟囱圆周方向设立3个加热区，每个加热区占120 °，且各加热区独立供电,独立控制温度。每个加热区的2只电加热管中间安装1只温度传感器来测量间隙温度，以间隙温度作为控制加热装置投入的信号。

该装置投入使用后缓解了脱硫烟囱筒首上结冰的现象，但是在室外气温很低的时仍有结冰、落冰的情况。此种防结冰装置主要存在以下缺点：

(1)温度控制采用间隙温度控制方式，温度误差大，易出现电加热管超温损坏。

(2)加热管数量多，造成接线接头较多，容易发生电气线路故障。

3.2 安装柔性硅胶电热膜

在借鉴多家电厂在湿法脱硫烟囱上安装的防结冰装置的经验后，哈尔滨第三发电厂在3号600 MW机组锅炉湿法脱硫烟囱上(烟囱高度210 m，出口外径8.1 m)安装了柔性硅胶电热膜防结冰装置。

柔性硅胶电热膜具有很好的耐腐蚀性能，其外部材料为硅橡胶高温绝缘布，内部按计算布设镍铬合金电热丝，具有发热快、温度均匀、热效率高、强度高、不易老化、柔韧性好等特点。

在安装电热膜前应先对烟囱筒首外部进行防腐处理，避免烟囱筒首部位出现腐蚀。选用的防腐层耐温极限应在160 ℃以上，须确保电热膜通电后防腐材料不会出现超温老化损坏。烟囱内部防腐材料使用的是GDAPC杂化聚合防腐材料，外部烟囱信号平台以上部位(高7 m)使用的是相同材料，防腐层厚度为2 mm。在防腐层表面安装4组柔性硅胶电热膜，每组含6片电热膜片，每片规格为6 000 mm×500 mm×3 mm，硅胶电热膜片间距为200 mm。每组电热膜功率为81 kW，供电电缆规格为ZRC-YJV32-3 mm×70 mm，可根据风向不同分别投入(一般同时投入2组)，以减少电耗。

柔性硅胶电热膜防结冰装置安装后，各项技术指标均达到设计标准要求。经计算，在室外环境温度为-40 ℃时，电热膜表面温度应45 ℃左右；而在环境气温为25 ℃时，实测柔性硅胶电热膜表面温度持续保持在105～115 ℃之间。柔性硅胶电热膜防结冰装置安装在3号机组烟囱后，经2011-2012年冬季最严寒季节运行，烟囱出口外壁未发生结冰现象，运行状况良好。

硅胶电热膜防结冰装置主要具有以下优点。

(1)柔性硅胶电热膜通电后表面温度可通过计算确定，即温度达到设计温度后不再继续上升，不需设置温度自控元件，减少了故障点，同时也避免了可能出现的超温干烧损坏情况。

(2)柔性硅胶电热膜数量较少，大大减少了电缆接头。通过对接线及转接箱的改进，可避免柔性硅胶电热膜防结冰装置接线部位出现故障。

(3)电热膜可直接敷设在烟囱外表面，防结冰效果更好。