燃煤电厂脱硝烟道支吊架常见问题分析

王海帅，钟 蛟，刘 明，王 曦，张 鹏

(华电电力科学研究院有限公司，杭州 310030)

0 引 言

烟气脱硝工艺是现阶段燃煤电厂控制氮氧化物(NOx)排放的主要技术手段之一[1]，配套脱硝装置一般主要由烟道、反应器和支吊架三个部分组成。近年来，国内外学者在烟道结构方面开展了大量的研究工作[2]，但在研究过程中常把支吊架作为边界条件来考虑，忽视了支吊架自身工作状态对烟道结构稳定性的影响。烟道作为一种大型薄壁钢结构，在内部高温烟气的作用下会产生热膨胀[3]，支吊架工作状态异常可能导致烟道膨胀受阻，影响脱硝系统的安全运行。而目前实际情况是，与四大管道支吊架相比，无论是日常维护还是阶段性检修方面，脱硝烟道支吊架普遍重视程度不够。因此，对脱硝烟道支吊架常见失效形式进行分析具有重要意义。

文中结合某区域7家燃煤电厂脱硝系统烟道隐患排查结果，对烟道支吊架常见问题进行了分析并给出处理建议，为燃煤电厂技术人员开展日常维护工作提供参考。

1 脱硝烟道支吊架常见种类

国内燃煤机组大多采用SCR脱硝技术，因而脱硝烟道结构布置大同小异[4]，典型脱硝烟道结构如图1所示。脱硝烟道一般包括入口和出口烟道，其中入口烟道设置在锅炉省煤器出口与脱硝反应器入口之间，出口烟道上侧通过焊接方式固定在反应器底部，下侧通过膨胀节连接至空预器。

随着燃煤机组容量和参数的不断提高，脱硝烟道支撑点位置的选取和不同类型支吊架的组合方式也在不断改进。目前，脱硝烟道涉及7种类型支吊架，即弹簧支吊架、恒力吊架、刚性吊架、滑动支架、导向支架、止晃装置及固定支架。由于每种类型支吊架具有各自不同的功能和特点，因而被用于烟道不同位置以保证脱硝设备的安全稳定运行，烟道支吊架类型、功能及常见安装位置见表1。

表1 烟道支吊架类型、功能及常见安装位置

2 脱硝烟道支吊架常见问题

对7家燃煤电厂开展了脱硝系统烟道隐患排查工作，各电厂机组信息见表2。结合专项检查结果，对烟道支吊架常见问题进行了归纳总结，并分析故障产生原因。

表2 7家燃煤电厂机组基本信息

续表2

电厂机组编号机组类型机组容量投产日期脱硝厂家脱硝工艺XS1号亚临界330 MW2004.07.28华电科工SCR工艺2号亚临界330 MW2004.12.21华电科工SCR工艺3号超超临界680 MW2010.12.23华电科工SCR工艺4号超超临界680 MW2014.04.15华电科工SCR工艺XX1号超临界660 MW2007.04.19青岛华拓SCR工艺2号超临界660 MW2007.08.22青岛华拓SCR工艺QD1号亚临界330 MW2012.11.14青岛华拓SCR工艺2号亚临界330 MW2013.07.20青岛华拓SCR工艺LH1号亚临界330 MW2009.12.23青岛华拓SCR工艺2号亚临界330 MW2010.05.29青岛华拓SCR工艺

2.1 原始设计误差

支吊架的工作载荷及附加载荷是烟道支撑系统设计的两个重要参数，工作载荷是支吊架设计选型的主要依据，而附加载荷通常在计算支吊架的结构载荷时进行考虑。附加载荷一般包括积灰荷载、风雪荷载及地震荷载。其中，由于积灰荷载计算不准确导致的生产事故较多。

在燃煤机组运行过程中，积灰现象在入口烟道水平段时有发生，积灰的严重程度直接影响烟道的安全运行，但目前对于积灰荷载的计算还没有一个比较精确的公式，常依据工程设计经验取1/3烟道高度作为积灰高度进行载荷计算[5]，而实际上积灰高度与入炉煤质好坏、锅炉负荷高低、导流板布置方式、输灰系统投运情况等因素密切相关[6]。因此，仅以烟道高度作为积灰荷载计算依据并不科学，不可避免会导致支吊架的设计载荷与实际承载要求之间存在一定误差。

此外，早期投运机组使用的脱销系统多为脱硝厂家所设计，与锅炉生产厂家并非一家单位，若对锅炉服役情况不熟悉，在设计时也容易出现失误。如某电厂1号超临界600 MW机组脱硝改造时未充分考虑锅炉实际运行工况，参照标准《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(DL/T 5121-2000)中高效除尘器后积灰高度确定方法，取1/6烟道高度作为积灰高度进行支吊架载荷计算，导致烟道支撑装置设计载荷与实际承载载荷偏差较大，严重影响机组的安全运行。

2.2 制造质量不合格

烟道支吊架按生产制造单位的不同一般可分为两类：一类由专业的支吊架生产厂家提供，该类支吊架由于具有一定技术含量因而制造难度相对较大，如恒力吊架、弹簧支吊架等；另一类支吊架由于技术要求不高且制造过程相对简单，通常由脱硝改造工程施工单位利用钢板、无缝钢管等材料现场加工制作而成，如滑动支架、导向支架、止晃装置等。

对于恒力吊架和弹簧支吊架，相关规程对支吊架的验收要求有明确规定[7]。但是，部分中小型支吊架厂家为了控制生产成本，在制造过程中偷工减料，在出厂检验时弄虚作假[8]，一旦业主验收手续不规范，将导致烟道支吊架在初始安装阶段就存在遗留问题。而现场加工制作的支吊架成品质量主要取决于施工人员的技术水平，如下料尺寸精度的控制、焊工焊接水平的高低，该类支吊架在制造过程中若缺乏有效监督管理，也易出现不合格产品。

2.3 安装质量不良

对现场检查发现的问题进行归纳发现，支吊架产生故障的主要原因为安装质量不良，见表3。其中，滑动支架和导向支架错装问题最为普遍。基于增强烟道结构稳定性的需要，在设置关键支撑点时，滑动支架和导向支架一般会配合使用，导向支架常安装于烟道中心线处，起约束烟道侧向异常位移作用，如图2所示。但由于滑动支架和导向支架在结构上具有较高相似性，施工人员常常因为疏忽而将二者混淆造成错装。

表3 烟道支吊架常见问题

3 讨论

近年来，脱硝烟道安全事故时有发生，给发电企业造成了巨大的经济损失，主要与两方面原因有关：(1)国家在“十二五”(2011～2015年)期间将脱硝列入节能减排总量控制硬性指标，但截止2011年底，国内脱硝技术还处在探索示范阶段，一方面环保政策日益严格，另一方面脱硝工艺并不成熟，导致烟道支撑结构的布置方式存在原始设计缺陷；(2)目前燃煤电厂脱硝系统运行维护工作通常由化学专业人员承担，且专业人员的工作重心一般在于如何有效提高脱硝效率方面，较少关注烟道支撑装置的工作状态，导致脱硝设备实际上处于“带病”运行状态。

4 结束语

随着燃煤机组运行时间的延长，早期脱硝改造工程中遗留的问题不断出现，严重影响脱硝设备的安全运行。对于新建机组，应采用最新的脱销设施与发电机组同步建设技术；对于脱硝改造机组，应从加强日常运行维护和提高重视程度两方面着手，避免因为支撑装置问题导致烟道安全事故发生。