GGH換熱元件堵塞原因分析及解決措施探討

萬亨

(中環(huán)(中國)工程有限公司,江蘇南京 210008)

GGH換熱元件堵塞原因分析及解決措施探討

萬亨

(中環(huán)(中國)工程有限公司,江蘇南京 210008)

分析了濕法脫硫系統(tǒng)中 GGH換熱元件堵塞的原因及對系統(tǒng)運(yùn)行的影響,并結(jié)合目前 GGH使用狀況給出了解決措施,為脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行提供參考。

煙氣脫硫;GGH;堵塞

1 GGH換熱元件堵塞的影響

在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中,煙氣先后兩次通過GGH。當(dāng) GGH發(fā)生堵塞時,會對脫硫系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性及電廠的環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生不良影響。脫硫系統(tǒng) GGH換熱元件堵塞后,煙氣阻力上升,GGH壓差變大,脫硫升壓風(fēng)機(jī)出口壓力增大,升壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流上升。如果堵塞情況嚴(yán)重,煙氣系統(tǒng)阻力超過升壓風(fēng)機(jī)的最大出力時,會引起升壓風(fēng)機(jī)喘振或振動超標(biāo),造成升壓風(fēng)機(jī)跳閘,這樣就對脫硫系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了直接危害,同時威脅到鍋爐及發(fā)電機(jī)組的安全。另外,為了防止 GGH換熱元件出現(xiàn)堵塞,電廠會采取加大在線沖洗力度,增加高壓水沖洗頻率和離線人工沖洗時間等措施,大大提高沖洗成本。GGH換熱元件堵塞后,脫硫系統(tǒng)煙氣阻力增加,升壓風(fēng)機(jī)和 GGH運(yùn)行電耗也相應(yīng)增加,由于升壓風(fēng)機(jī)是高壓電機(jī),所消耗的廠用電較可觀,運(yùn)行費(fèi)用增加。為了脫硫系統(tǒng)安全考慮,需要停運(yùn)系統(tǒng)清堵,降低了脫硫裝置的投用率,而且脫硫電價將被考核。脫硫系統(tǒng)阻力增大后,煙道旁路擋板門難以關(guān)閉運(yùn)行,不能進(jìn)行全煙氣處理,煙氣污染物排放超標(biāo),繳納的 SO2排污費(fèi)用增加。目前國家環(huán)保監(jiān)察力度日益嚴(yán)格,尤其是 2010年 6月國家環(huán)保部發(fā)出了《關(guān)于火電企業(yè)脫硫設(shè)施旁路煙道擋板實(shí)施鉛封的通知(環(huán)辦[2010]91號)》,非緊急異常情況下開啟旁路運(yùn)行的方式將不被許可,因此主機(jī)運(yùn)行會受到較大的影響。

2 原因分析

2.1 煙塵引起的堵塞

吸收塔出口凈煙氣處于飽和狀態(tài),并攜帶一定量的水分,經(jīng)過 GGH凈煙氣側(cè)時,煙氣中水分使得加熱元件表面比較潮濕。當(dāng)換熱元件旋轉(zhuǎn)到原煙氣側(cè)時,雖然此處的溫度較高,但在短時間內(nèi)還不足以蒸發(fā)換熱元件上所有水分,所以在 GGH原煙氣側(cè)特別是冷端,煙塵會粘附在換熱元件表面。另外,煙塵具有水硬性,其中的 CaO可以激活煙塵的活性,與煙氣中的 SO3以及漿液液滴相互反應(yīng),形成類似水泥的酸鹽,隨著運(yùn)行時間的累積不斷硬化,即使高壓水也難以清除。脫硫系統(tǒng)入口煙氣煙塵含量大時, GGH換熱元件堵塞的更嚴(yán)重。

2.2 漿液攜帶引起的堵塞

吸收塔出口凈煙氣通過除霧器后,仍會攜帶少量漿液液滴,液滴在經(jīng)過 GGH凈煙氣側(cè)時沉積在換熱元件表面。當(dāng)原煙氣和凈煙氣 GGH在換熱元件兩側(cè)冷熱交替通過時,沉積液滴所含部分水分蒸發(fā),留下固形物質(zhì),并逐漸加厚結(jié)垢,與粉塵凝結(jié)時會形成類似水泥的酸鹽,很難除去,最終堵塞換熱元件的通道。特別是當(dāng)吸收塔氧化不充分時,有過多的亞硫酸鈣產(chǎn)生,含有亞硫酸鈣的漿液液滴隨煙氣沉積在換熱元件上形成的結(jié)垢更難去除。

2.3 不良的吹掃方式

在我國,早期脫硫系統(tǒng)的 GGH多采用壓縮空氣、高壓水和低壓水清洗等方式。脫硫 GGH吹掃方式過去多采用壓縮空氣法,效果較差。隨著使用經(jīng)驗(yàn)的增加,壓縮空氣吹掃逐漸為過熱蒸汽吹掃所取代。壓縮空氣吹掃特點(diǎn)是:配備專用空氣壓縮機(jī)并確保吹掃壓力要求,壓縮空氣吹掃壓力為 0.8～0.9 MPa,吹掃流量 (600MW機(jī)組)為 30～55m3/min。過熱蒸汽吹掃特點(diǎn)是:熱焓值高,清灰效果相對較高;蒸汽來源多,無需專門生產(chǎn);須確保吹掃的壓力和溫度;配置疏水系統(tǒng),在吹掃前排凈管道中殘液,防止?jié)駳膺M(jìn)入 GGH。過熱蒸汽吹掃壓力 1.0～1.3 MPa,蒸汽溫度一般在 300℃以上,以 600MW機(jī)組為例,吹掃流量為 1.2～2.2 t/h。兩者吹掃時間均為 90～120min/次,吹掃次數(shù) 3～4次/天。目前,新建脫硫系統(tǒng)的 GGH多采用過熱蒸汽吹掃系統(tǒng),從吹掃效果來看,過熱蒸汽優(yōu)于壓縮空氣。

2.4 運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)

運(yùn)行操作中吹灰時間較短、吹掃沖洗周期間隔過長、吹掃壓力過低或溫度沒有達(dá)到要求等均會造成 GGH換熱元件堵塞。系統(tǒng)運(yùn)行中缺陷沒有及時發(fā)現(xiàn),比如吹掃噴嘴堵塞導(dǎo)致流量過低、過熱蒸汽溫度過低含水量大、高壓水管道或閥門泄漏造成沖洗壓力低等也會引起 GGH換熱元件堵塞。

2.5 緊湊型換熱元件的負(fù)面效果

目前國內(nèi) GGH廠家生產(chǎn)的換熱元件型式各不相同,但大多數(shù)元件型式屬于緊湊型。緊湊型換熱元件采用更為緊湊、復(fù)雜的形狀,延長了煙氣流經(jīng)通路,并產(chǎn)生紊流,改善傳熱,從而提高了傳熱效率。但緊湊型換熱元件更容易粘附固體顆粒,特別是經(jīng)過 GGH的煙氣濕度大、含塵量高,還含有漿液液滴時,在各種惡劣的工況條件下,緊湊型換熱元件逐漸產(chǎn)生了易堵塞的負(fù)面效果。

3 解決措施

3.1 控制原煙氣含塵量

控制原煙氣含塵量是解決 GGH換熱元件堵塞的源頭控制方法之一,主要受脫硫系統(tǒng)外部因素的影響。首先,分析 GGH結(jié)垢成分,如果Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3是結(jié)垢的主要成分,則需要控制煙氣含塵量。同時,根據(jù)脫硫系統(tǒng)和 GGH設(shè)計煤質(zhì)參數(shù),選擇灰分適合的煤種,從源頭控制煙氣含塵量。一般情況下,燃煤灰分越高,其熱值下降,單位負(fù)荷發(fā)電量就需要更多的燃煤量,在除塵效率不變情況下,進(jìn)入 GGH的煙氣含塵絕對量就會加大。其次,確保除塵設(shè)備正常運(yùn)行,達(dá)到設(shè)計的除塵效率,并采取措施提高除塵器的收塵量,防止 GGH被動收塵,更杜絕將脫硫系統(tǒng)當(dāng)除塵器使用。除塵器出口濁度儀或脫硫系統(tǒng)入口煙塵濃度儀是煙氣含塵量在線監(jiān)測的唯一手段,需要定期維護(hù),確保分析儀器正常發(fā)揮效果,為煙塵濃度的實(shí)時監(jiān)控、及時發(fā)現(xiàn)異常、及時采取措施創(chuàng)造必要的條件。

3.2 控制吸收塔漿液攜帶

控制吸收塔漿液攜帶量也可以減緩 GGH換熱元件堵塞,主要受脫硫系統(tǒng)內(nèi)部因素的影響。首先,分析 GGH結(jié)垢成分,如果 CaSO4、CaSO3、CaCO3是結(jié)垢的主要成分,則需要控制吸收塔漿液攜帶量。其次,檢查除霧器的沖洗效果是否正常,除霧器工作效果變差,二次攜帶量過大,就會對 GGH造成很大的影響。部分電廠的脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)除霧器部分坍塌的情況,擴(kuò)大檢查后都發(fā)現(xiàn) GGH堵塞的也很嚴(yán)重。吸收塔漿液參數(shù)須控制得當(dāng)。漿液密度不要過高,否則易加快除霧器表面結(jié)垢;漿液 pH控制在正常范圍內(nèi),不能過高或過低,過高易結(jié)硬垢,過低易結(jié)軟垢,都不利于除霧器表面的沖洗;吸收塔液位勿過高,否則漿液會從塔入口倒灌進(jìn) GGH內(nèi),直接導(dǎo)致GGH換熱元件堵塞;注意吸收塔運(yùn)行時漿液表層泡沫產(chǎn)生的“虛假”液位,防止?jié){液泡沫倒灌入 GGH。確保脫硫廢水系統(tǒng)或吸收塔拋漿系統(tǒng)正常工作,保證漿液品質(zhì)不惡化;煙氣含塵量符合設(shè)計要求,飛灰在吸收塔漿液內(nèi)沉積過多,不但會改變漿液物化性質(zhì),還會沉積在除霧器表面并加快結(jié)垢速度,對沖洗效果產(chǎn)生不良影響。

3.3 有效的吹掃方式

目前,過熱蒸汽吹掃方式能較好的防止 GGH換熱元件堵塞。如江蘇某電廠 2×300MW機(jī)組配套煙氣脫硫系統(tǒng),采用一爐一塔的布置方式,每套脫硫系統(tǒng)安裝有 1臺 GGH,脫硫系統(tǒng)于 2006年初投入使用。經(jīng)過兩年多的運(yùn)行,脫硫系統(tǒng) GGH存在堵塞問題。2008年 6月,電廠停用 GGH壓縮空氣吹掃系統(tǒng),從鍋爐過熱蒸汽吹灰母管上引入過熱蒸汽對GGH進(jìn)行吹掃。GGH過熱蒸汽吹掃的運(yùn)行參數(shù)主要是:設(shè)計壓力 1.2～1.4MPa;設(shè)計溫度 250～ 350℃;工作壓力 1.0MPa;工作溫度 300℃;平均過熱蒸汽耗量 6～8 t/h(每臺)。過熱蒸汽吹掃每 8 h吹掃一次,每次約 40min。操作要求:先開疏水系統(tǒng),通過熱蒸汽至工作溫度;再開吹灰器進(jìn)口門進(jìn)行吹掃;吹掃結(jié)束后,開疏水門,關(guān)吹灰器進(jìn)口門,關(guān)蒸汽總門,待溫度降到常溫,最后關(guān)疏水門。GGH過熱蒸汽吹灰系統(tǒng)改造后,實(shí)際運(yùn)行效果明顯改善。

3.4 規(guī)范運(yùn)行工作

按照運(yùn)行規(guī)程要求,定期進(jìn)行 GGH吹灰操作,確保足夠的吹灰時間、適當(dāng)?shù)拇祷抑芷陂g隔、合理的吹灰參數(shù)。當(dāng) GGH壓差正常時,采用常規(guī)吹掃沖洗方式,如過熱蒸汽吹掃;當(dāng) GGH壓差比潔凈時的壓降增大到 1.3～1.5倍時,必須立即采用高壓水沖洗;當(dāng) GGH堵塞嚴(yán)重時,或是可以機(jī)組停運(yùn)時,則采用離線低壓水沖洗,對 GGH換熱元件進(jìn)行徹底的沖洗。GGH運(yùn)行過程中,監(jiān)視 GGH原煙氣和凈煙氣側(cè)壓差和各吹掃參數(shù),及時發(fā)現(xiàn)異常和缺陷,及時記錄和分析,及時通知檢修單位處理。

3.5 加強(qiáng)維護(hù)管理

GGH吹掃沖洗裝置發(fā)生缺陷如果不能得到及時有效處理,會致使 GGH換熱器表面的積灰積垢無法及時吹掃而逐漸變硬、沉積、擴(kuò)展,最終堵塞換熱器。GGH的常見故障有以下幾種:高壓水沖洗水質(zhì)不合格,雜質(zhì)含量大,堵塞沖洗噴嘴;過熱蒸汽不合格,壓力過低,熱焓值不足,吹掃力度不夠;溫度過低,含有水分,導(dǎo)致 GGH換熱元件濕度過大,造成粘灰。吹灰器噴槍卡澀或動作失靈,吹掃沖洗不能覆蓋全面;吹灰器管路泄漏,吹灰介質(zhì)欠壓欠流量;吹灰器噴嘴脫落,吹灰壓力嚴(yán)重衰減,吹掃面不徹底。

3.6 更換換熱元件

為了改善緊湊型換熱元件的易堵塞狀況,可以更換 GGH換熱元件。換熱元件的型式一般選擇易通型。重新計算 GGH換熱參數(shù),涉及 GGH進(jìn)出口煙溫、GGH換熱元件高度、換熱元件面積、轉(zhuǎn)子隔艙高度、換熱單元布置等。目前,國內(nèi)脫硫裝置更換GGH換熱元件的不多。2008年中國華電集團(tuán)對 5家 GGH運(yùn)行較穩(wěn)定的電廠進(jìn)行調(diào)研,結(jié)果顯示,采用易通型換熱元件的 3家電廠,人工停機(jī)沖洗 GGH周期最長 8個月,平均 4～5個月,另外 2家采用緊湊型 GGH,人工停機(jī)沖洗周期最長 7個月,平均 2～3個月。

4 結(jié)語

(1)GGH換熱元件堵塞后,會對脫硫系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性以及在環(huán)境保護(hù)方面產(chǎn)生不良影響。

(2)GGH換熱元件堵塞的主要原因有:吸收塔漿液攜帶;不良的吹掃方式;運(yùn)行維護(hù)不當(dāng);緊湊型換熱元件的負(fù)面效果等。

(3)在 GGH運(yùn)行過程中,為防止其換熱元件堵塞,應(yīng)對原煙氣含塵量進(jìn)行有效控制;對吸收塔漿液攜帶進(jìn)行有效控制;選用有效的吹掃方式;規(guī)范運(yùn)行工作并加強(qiáng)維護(hù)管理。當(dāng)然,考慮更換 GGH換熱元件也是一種途徑,但使用效果有待進(jìn)一步證明。

[1]陶愛平,張立民,楊中彪,等.脫硫 GGH換熱元件板型與堵塞關(guān)系分析[J].華電技術(shù),2009,(9):75-78.

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Analysis of effects caused by blocked elements of GGH ofwet FGD system

The reasons caused the blocked elements of Gas-Gas-Heater(GGH)in wet FGD system were analyzed.Its bad effects on system operation have been discussed.Moreover,it is discovered that some impo rtant form ations,such as fly ashes,slurry droplets,shape of elements and so on.Finally,based on the actual state of applicat ion,som e good measures are offered,which can be referred in the field.

FGD;Gas-Gas-Heater;block

X701.3

B

1674-8069(2011)03-040-03

2010-10-16;

2011-04-21

萬亨(1979-),男,江蘇南京人,助理工程師,本科,主要從事煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目管理及系統(tǒng)運(yùn)營管理工作。E-mail:wanheng@gcl-eng.com