降低燃气-蒸汽联合循环机组烟尘排放超标

降低燃气-蒸汽联合循环机组烟尘排放超标

姜舒弘

（浙能长兴天然气热电有限公司  浙江长兴   313100）

摘要：长兴燃机两台SCC5-4000F（X）型联合循环机组是国内首批投产的两台西门子X型燃气-蒸汽联合循环机组，随着机组度过商业运行初期，长兴燃机开始向绿色运行管理开展了探索。近年来长兴燃机机组冷态启动过程中多次发生过烟尘超标事件。现在国家对于环保非常重视，为有效避免烟尘超标事件的发生，本文将提出解决方案降低烟尘排放超标。

关键词：联合循环；烟尘排放；环保

1.前言       

长兴燃机配套 SIEMENS- SCC5-4000F（X）单轴联合循环机组，装配三压再热无补燃卧式自然循环余热锅炉。余热锅炉内为了减小体积，增大换热面积，增进换热效率采用了鳍片管布置，使管材与空气接触面极大。目前我厂冷态启动烟尘来源为机组长期停运期间余热锅炉受热面管道表面发生电化学腐蚀生成铁锈，机组启动后大风量冲刷使铁锈脱落，随气流冲出烟囱导致烟尘超标。国家规定燃机电厂烟尘排放指标：烟尘小时均值<5 mg>

2降低烟尘排放措施

2.1余热锅炉加装干风保养装置

余热锅炉受热面表皮氧化主要是由于空气中的水汽附着在管壁上，使金属表面发生了电化学腐蚀，金属单质与空气中氧气发生反应，从而产生了金属氧化物（四氧化三铁），也就是烟尘。机组停运后通过干风的持续吹送，带走炉膛内水汽、湿空气，使单质铁与空气中氧气在缺少媒介后反应变的极为缓慢，从源头出发减少炉膛内受热面的电化学腐蚀；

图1干风保养装置安装图

干风保养装置安装图如图1，具有保护效果好、应用简便灵活、操作简单等优势，不影响机组启停、能适应机组各种停机工况，适合经常停运的调峰备用机组的停（备）用保护。余热锅炉烟气侧和烟囱直接采用干风进行通风，维持炉膛内部干燥状态的方式进行保护。停炉后根据炉膛内部相对湿度情况，在炉膛尾部相对湿度超过50%时向炉膛通入低湿度干风，置换炉膛和烟囱内部高湿度空气，维持内部相对湿度在50%以下，防止潮湿环境下炉管烟气侧及烟囱内壁的腐蚀。

2.2余热锅炉加装充氮保养装置

充氮保养装置原理与热风保养装置类似，也是通过抑制炉膛受热面电化学腐蚀反应，区别就是通过现场制氮机制造氮气，送往炉膛，并保持炉膛微正压，使炉膛内气体含氧量降低，达到抑制炉膛内氧化反应速度的目的。在南方地区雨季来临季节，余热锅炉烟囱挡板无法开启时使用效果比干风保养装置效果好。

也可以在余热锅炉烟囱挡板开启时，通过氮气的持续通入，不仅带走了大部分水汽，而且将炉膛内含量丰富的氧气也带走，置换成氮气。这种方法不仅将媒介物带走，而且将反应物也带离了炉膛，可以有效减缓或杜绝金属单质的电化学腐蚀现象。

2.3机组启动前利用清吹或水洗模式进行锅炉吹扫

通过试验发现，机组停运时间若过长（一般以三个月为界），在机组启动前先利用燃机特有的SFC模块，采用冷拖清吹模式或水洗模式的方式，将燃机转速提至 11.5-13.5 赫兹之间吹扫锅炉 10-20 分钟，将铁锈吹至烟囱底部，再派检修人员打开人孔门进行烟囱底部清扫。可以有效减少启动阶段的烟尘排放指标。

图2水洗模式下转速与烟尘对比图

图 2 是 2021年某次#1机组停运四个月后冷态开机前水洗模式下燃机转速与烟尘瞬时值的对比图。从图 2 中可以看出转速提升后烟尘迅速上升，可知此时有许多铁锈被吹离烟囱，由于风速原因，推测有更多的铁锈积累在烟囱底部。根据屡次清扫经验来看，烟囱底部清灰效果显著。

与之类似的措施还可以利用不并网不考核的制度，在机组启动到3000转后，此时相较于燃机清吹转速阶段风量有了大幅度提升，会有大量铁锈被带入大气。

为了防止烟尘超标可以增加燃机3000转等待时间，待烟尘指标从高位下降后再行考虑机组正常并网发电。

2.4合理选择汽机并列时间

下图3是#2 机组某次冷态启动全过程负荷和烟尘对比图，图中蓝色线条从 0 爬升至水平线并保持不变的阶段即为并网后至汽机并列前阶段。可以明显看出， 除了负荷刚开始变化的阶段烟尘数值较高，剩余的负荷平稳阶段烟尘均几乎维持在零位。这是因为此阶段相较于燃机转速3000转未并网时，压气机进口导叶（IGV）均在零位，气体流量增加不大，铁锈被吹出的量有限。汽机并列后燃机升负荷限制解除后，压气机进口导叶（IGV）会根据负荷要求，从 0 位逐步开启直至 100，由于气流的变化，烟尘浓度也会有较大变化。

图3机组冷态启动全过程负荷与烟尘对比图

由图3可以看出在汽机并列后有一波高峰，随着负荷上升烟尘也会有较大变化。在机组升负荷阶段烟尘含量一直在较高水平，目前烟尘排放环保数据考核的是小时均值，而小时均值的取值方式为一个整点小时内瞬时值的平均值，所以极易造成烟尘小时均值超标，为了防止烟尘超标现象的发生，可以合理利用规则，安排每次汽机升速并列控制在 15-45 分之间，尽量保证每次烟尘有大量变化的阶段可以分摊到两个小时，确保小时均值不超标。

3总结

以上前两种措施为治本方法，通过抑制炉膛受热面电化学腐蚀反应，能有效地减少烟尘的产生。后两种措施为治标方法，合理利用规则，努力使环保不超标。但是随着时间的积累，若是没有治本措施则炉膛内腐蚀会越来越严重，一方面会造成治标措施越来越难达到预期效果，另一方面因为炉膛内换热管表面的腐蚀会使管壁越来越薄，会产生一系列负面影响，管壁变薄管道破裂的风险就会急剧增加，严重威胁机组安全、稳定、经济运行。

参考文献：

[1]西门子F级燃气轮机技术问答/卢广法主编.—杭州：浙江大学出版社，2015.10 

[2]传热学/杨世铭，陶文铨编著.—4版.—北京：高等教育出版社，2006.8（2010重印）

[3]西门子F级燃气轮—蒸汽联合循环发电机组培训教材/卢广法主编.—杭州：浙江大学出版社，2014.3

[4]电厂金属材料/宋琳生主编.—3版.—北京：中国电力出版社，2006

作者介绍：

姜舒弘（1989年出生），男，浙江长兴，本科，助理工程师，从事燃机运行工作。