湿法脱硫系统中气—气换热器(ggh)堵塞原因和优化方案探究

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湿法脱硫系统中气—气换热器(GGH)堵塞原因和优化方案探究　　摘要：结合国内某电厂脱硫系统中气-气换热器的运行现状和气-气换热器的本体特征，分析了GGH堵塞的原因，包括烟气挟带浆液、烟尘含量过高、设计不合理、吹扫或冲洗不正常等。通过研究GGH堵塞原因，结合GGH运行实际情况提出了GGH调整方案和运行控制优化方案，为提高GGH可靠性和稳定性，确保脱硫系统长期稳定运行提供指导信息。关键词：湿法烟气脱硫系统；气-气换热器；结垢；堵塞；改造中图分类号：TK09文献标识码：A文章编号：16749944（2013）050295031引言国内燃煤电厂脱硫技术以石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术为主，并且其中大部分湿法脱硫装置设有烟气的气-气换热器（GasGas9 Heater，GGH）。然而，从目前GGH的使用情况来看，GGH在运行中易出现结垢堵塞的现象，有些甚至十分严重。可以认为，GGH结垢堵塞已成为影响燃煤电厂湿法烟气脱硫系统安全稳定运行的一个主要因素，而此问题目前还未有很好的解决方法，成为了一项技术难题[1]。本文以国内某厂GGH运行现状为基础深入研究，分析了造成GGH结垢堵塞的主要原因，并提出了针对GGH的调整方案和运行控制优化方案，为提高GGH可靠性和稳定性，确保脱硫系统长期稳定运行提供指导信息。2某电厂GGH运行现状某电厂2×300MW湿法烟气脱硫系统投入运行以来，运行状态非常不稳定，主要问题是GGH频繁堵塞。脱硫系统每年都多次因GGH差压过大而退出运行，需进行人工离线高压水冲洗，但冲洗完后，GGH差压又将很快升高，影响脱硫系统正常运行，使得脱硫设备投运率不能达到国家相关环保标准90%的要求（某电厂统计上半年脱硫系统的投运率仅为72%）。此外，随着GGH差压的不断增大，增压风机电流不断上升，最高达到270A，已经接近增压风机电机额定电流280A，对用电影响很大。GGH差压的不断增大造成增压风机出力不足，导致脱硫系统停运。据统计，某电厂目前GGH冲洗后最短只能维持正常差压20d左右，严重影响脱硫系统的正常运行。图1分别为停机检修时拍摄的GGH离线冲洗前后的换热原件照片，从图中可以看出，离线清洗前换热原件结构堵塞非常严重；离线清洗后虽有好转，但仍无法实现彻底清洁。从冲洗时GGH元件结垢情况看，板结严重，清洗难度很大。3GGH堵塞问题的诊断分析9 通过深入分析某电厂煤质参数和运行控制方式，总结了可能造成GGH结垢堵塞的主要因素包括：烟气挟带浆液、烟尘含量过高、设计不合理、吹扫或冲洗不正常以及运行方式等原因。图1GGH冲洗前后换热原件照片3.1净烟气挟带浆液净烟气挟带浆液的沉积结垢是引起GGH堵塞的主要原因之一。锅炉烟气经过脱硫吸收塔后，烟气温度降低，水分饱和，虽经两级除雾器能够去除大部分液滴，出口液滴含量可控制在75mg/Nm3以下，但因烟气量大，GGH连续运行时间长，挟带的石膏浆液总量很大。这些浆液通过GGH时会粘附在换热元件上，烟气的冷热交替通过，使得部分水分蒸发，留下溶质或固形物并逐渐加厚形成恶性循环，最终堵塞换热原件通道。当脱硫系统设计或运行不当，除雾器出口液滴含量增加时会造成更严重的GGH堵塞[2]。某电厂除雾器实际运行效果不佳，即使在大修后，经检测出口液滴含量仍达到91.9mg/Nm3，远超过设计值，经与运行人员了解，除雾器平时运行时即堵塞严重，除雾器带浆量远超测试值，除雾器出口净烟气挟带浆液是造成某电厂GGH在运行过程中堵塞的主要原因之一。3.2烟尘引起的GGH堵塞9 因吸收塔出口烟气处于饱和状态，并挟带一定量的水分，GGH加热原件表面比较潮湿，在GGH原烟气侧特别是冷端，烟尘会粘附在加热原件表面。另外烟尘具有水硬性，其中的CaO可以激活烟尘的活性，烟气中的SO3以及塔内浆液等与烟尘相互反应形成类似水泥的硅酸盐，随着运行时间的延长出现累积硬化，即使高压水也难以清除，这同样引起堵塞问题，在烟尘量大时堵塞更快[3]。经调阅运行记录，某电厂除尘器出口粉尘浓度约在150～200mg/Nm3之间，远超除尘器设计指标50mg/Nm3；根据检测，2012年5月，系统停机检修重启后，除尘器出口粉尘含量约为93.5mg/Nm3，仍超除尘器设计指标。因此，可以认为某电厂除尘器出口粉尘浓度过高也是造成GGH堵塞的主要原因之一。为了进一步验证上述分析结果，对GGH堵塞附着物进行了化验分析。结果发现附着物中约28%为CaSO4·2H2O，0.5%为CaSO3·1/2H2O，3%左右为CaCO3，其余成分为灰分。这证实烟气挟带浆液以及烟气中烟尘含量过高是引起GGH堵塞的最直接原因。3.3设计不合理引起的GGH堵塞9 GGH的设计合理性与其运行效率紧密相关。如GGH换热高度、换热片间距、换热片型式、吹灰方式、布置型式、吹灰器数量、吹灰器喷头吹扫位置、覆盖范围等，对运行中GGH积灰、结垢、堵塞均有重要影响[4]，以某电厂GGH为例分析。（1）脱硫系统GGH中换热原件高度为360mm，在正常范围内换热元件型式为HS8F紧凑型波纹板，流通截面小，烟气流通方向上有斜波纹，容易积灰且积灰后不易冲洗干净，属于易堵灰波形，这导致GGH较易结垢堵塞且不易清洗；（2）脱硫系统GGH采用蒸汽吹灰器，设置1台吹灰器，要求采用0.8MPa，90℃以上蒸汽吹扫，电厂提供蒸汽基本可以满足要求。然而，从实际吹灰情况看，吹灰效果并不理想。这可能是由于虽然按常规设计当换热元件高度低于500mm时可以考虑设置1台吹灰器，但由于某电厂烟气含尘量高且挟带浆液严重，极易导致GGH结垢堵塞，在这种实际情况下设置1台吹灰器无法满足GGH实际清灰需求，造成GGH结垢后清灰效果不理想而堵塞；　　（3）虽然GGH按常规设有高压清洗水系统，高压水泵压头为8MPa。然而，依据实际运行数据反馈，高压清洗水系统工作不理想，清洗后不能显著降低压降。这可能是由于高压清洗水系统压力等级不够，不能实现清洗的目的。3.4脱硫运行控制不当引起的GGH堵塞GGH作为脱硫系统中的气-气换热器，其运行效率与脱硫系统的运行控制方式密切相关。9 （1）pH控制过高，烟气携带CaCO3含量过多，他们会与原/净烟气中的SO2继续反应生成结晶石膏牢固的粘附在GGH换热原件上引起GGH的堵塞。（2）吸收塔浆液氧化不充分时，浆液中亚硫酸钙含量会增加，将与硫酸钙一起形成CCS垢而堵塞GGH。（3）吸收塔运行液位过高，溢流管排浆不畅，浆液泡沫从吸收塔原烟气入口倒流入GGH。（4）喷淋设计不合理或者吸收塔入口烟道倾角设计不合理也会导致浆液喷淋倒灌进入GGH引起GGH堵塞。（5）循环泵长期启动，FGD未通烟气，也可使吸收塔浆液漂流粘附在GGH上引起堵塞。（6）烟气量过大或者过小，除雾器偏离有效工作区，均会影响除雾器效果，导致液滴含量增加进而堵塞GGH。4GGH优化方案4.1WFGD入口烟尘指标的控制根据GGH堵塞诊断分析，FGD入口烟尘含量超标是造成GGH堵塞的主要原因之一，为完善GGH的运行环境，保证GGH的正常运行，建议对除尘器进行优化/改造，确保脱硫系统入口烟气含尘量达到运行要求。4.2除雾器出口液滴超标优化9 根据前文分析，除雾器出口液滴含量超标是造成GGH堵塞的另一重要因素，因此需对除雾器进行优化/改造，并在以后运行中合理控制脱硫装置参数，保证除雾器正常运行。可拆除原先二级平板式除雾器及冲洗水系统；安装一级管式除雾器+二级屋脊式除雾器，这样可以有效的提高除雾效果。4.3GGH本体优化方案4.3.1换热元件将原来的紧凑型换热元件（HS8F型）更换为大波纹直通道（L型）换热元件。大通道换热元件特点为：烟气流通截面大，波形平滑、石膏等副产物不易附着，易清洗[5，6]。换热元件更换改造目标建议：更换换热元件后要求换热元件两侧压差之和小于900Pa（原脱硫设计值，应为长期运行后保持值），由于大通道换热元件换热面积及换热效果较紧凑型换热元件稍差，GGH出口净烟气温度可适当降低，确保GGH长期运行压差。4.3.2吹灰器调整原GGH设置1台上部蒸汽吹灰器，建议增加下部吹灰器一台，配合原上部吹灰器，以实现上下共同吹扫的效果，减少吹扫盲区，减少下部污垢的形成，新增高压水泵与下部吹灰器相配套，形成独立的吹扫系统，可避免与原吹灰系统发生冲突，形成两套吹扫系统，可起到互为备用的效果。同时在改造时对原有吹灰器系统进行改造优化，包括重新计算吹枪及喷嘴的尺寸，如有必要则进行更换，重新调整吹灰器喷嘴至换热元件表面距离（如需），优化吹扫程序等。4.3.3高压冲洗水泵系统9 增加新的高压水泵，原高压水泵出口压力为80bar，现增加一台高压水泵，出口压力提高至150bar，同时增加相应阀站、管道系统等，并结合下层冲洗水喷枪统一设计。2013年5月绿色科技第5期5结语通过对国内某电厂脱硫系统GGH结垢堵塞的原因做深入分析，并依据电厂的实际情况对电厂的GGH设备进行了优化/改造。改造后，在保证净烟气出口温度的条件下，GGH的运行阻力以及增压风机的运行电流均有大幅度下降。GGH改造后不仅解决了GGH运行阻力高的问题，还提高了脱硫系统运的安全可靠性，同时取得了显著的节能效果。石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是目前技术最成熟、运行最可靠、应用最广泛的主流湿法脱硫技术。然而，GGH结垢堵塞等因素造成的停机已成为脱硫系统的主要故障来源之一。要解决这个问题就要从GGH的设计、选型、运行和维护等多方面重视起来，应加强设备运行参数的调整控制及设备的运行维护，及时发现问题，及时解决问题，要使脱硫系统保持在一个良好的运行状态，以提高设备的可靠性和烟气脱硫装置的投入率。参考文献：[1]高景涛，邱振波.脱硫GGH换热元件堵塞原因分析及解决对策[J].电力科学与工程，2012，28（1）：74～78.[2]廖永进，曾庭华，郭斌，等.电站锅炉脱硫系统GGH堵塞治理的探讨[J].锅炉技术，2011，42（2）：71～74.9 [3]万亨.GGH换热元件堵塞原因分析及解决措施探讨[J].电力科技与环保，2011，27（3）：40～42.[4]杨隔，马晓丽.湿法脱硫系统GGH堵塞原因分析及改进措施[J].电力科技与环保，2012，28（1）：50～51.[5]崔亚兵，刘新爱，孟涛.燃煤电厂烟气脱硫系统GGH堵塞治理研究[J].锅炉技术，2012（4）：72～74.[6]沈建军，祁利明，王福斌.火电厂湿法脱硫烟气再热器（GGH）结垢问题探讨[J].环境保护科学，2011，37（1）：1～3.9