濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的煙氣換熱器設置分析

陳 震，張 晟，張 祎，衛(wèi)建英

（1.上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437；2.外高橋第三發(fā)電責任有限公司，上海 200137；3.上海吳涇發(fā)電有限責任公司，上海 200241；4.上海電力股份公司閔行發(fā)電廠，上海 200240）

1 脫硫系統(tǒng)運行概述

脫硫系統(tǒng)設置煙氣換熱器（GGH），可以降低進入吸收塔原煙氣溫度，減少吸收塔水耗；還可以提高凈煙氣溫度，減緩吸收塔下游設施腐蝕，有利煙囪排放口煙羽抬升、煙氣擴散及減少白煙現(xiàn)象。然而，設置GGH的負面影響也是顯而易見的。GGH是脫硫裝置中最大的單體設備，不僅占地面積大而且煙道布置復雜，初投資費用需要增加10%～15%，煙氣系統(tǒng)阻力約增加1kPa，不僅結構復雜，容易結垢，而且維護工作量大。

倘若脫硫系統(tǒng)取消GGH，即原煙氣噴水降溫后直接進入吸收塔，經(jīng)吸收塔處理后的凈煙氣直接從煙囪排入大氣。優(yōu)點是節(jié)省占地面積及簡化煙道布置；降低工程投資及運行維護費用；降低電耗；提高煙氣脫硫（FGD）運行可靠性。不足之處是由于進入吸收塔的原煙氣溫度較高，需要釋放更多的熱量和蒸發(fā)更多的水分才能達到絕熱飽和狀態(tài)，因此要消耗更多的工藝冷卻水；不利于煙囪排放口煙羽抬升及煙氣擴散；不利于降低污染物稀釋后的落地濃度及減少水霧形成。

目前，燃煤電廠是否設置GGH的問題，在國內(nèi)已經(jīng)越來越成為焦點，幾乎所有觀點都支持取消GGH，主要原因是結垢、腐蝕和堵塞已經(jīng)成為FGD系統(tǒng)的重大故障之一，嚴重影響FGD系統(tǒng)的安全運行。上海地區(qū)除了寶鋼自備電廠和上海外高橋發(fā)電有限責任公司（以下簡稱外高橋一廠）以及金山熱電廠設置了回轉式GGH后，后續(xù)建設的電廠都取消了GGH，改為濕煙囪。取消GGH也是近幾年提出并在各地電廠開始實施的，但是，長時間運行后出現(xiàn)的濕煙囪和煙道腐蝕，對FGD系統(tǒng)運行安全產(chǎn)生了較為嚴重的影響，同時也給周邊環(huán)境帶來石膏雨。

本文主要描述在脫硫系統(tǒng)中取消GGH，其帶來的生產(chǎn)運行安全隱患和生態(tài)環(huán)境影響，提請各火電廠在建設脫硫系統(tǒng)時，不應盲目取消脫硫系統(tǒng)的GGH。

2 脫硫系統(tǒng)設置GGH運行分析

2.1 GGH的作用

GGH是采用蓄熱加熱的原理，利用脫硫前未經(jīng)過處理的原煙氣的熱量，加熱脫硫后的潔凈煙氣，主要有2個作用。

1）提高排煙溫度和抬升煙氣高度 提高煙氣溫度，增大了煙羽的浮力，同時也提高了煙氣離開煙囪后的高度，使煙羽更好地擴散，有利防止煙羽下洗，降低污染物稀釋后的落地濃度，減少水霧形成。

例如：上海外高橋一廠的2臺300MW機組合用煙囪，高度為210m，在環(huán)境濕度未飽和的條件下，安裝和不安裝GGH時，主要污染物對地面濃度的貢獻值如表1所示。

表1 污染物對地面濃度的貢獻值1）0.15mg／m3

由表1數(shù)值可知，由于粉塵和SO2的源強度在除塵和脫硫后大大降低，設置GGH后其污染物對周邊環(huán)境的貢獻值，要比無GGH有較大幅度的下降。

2）減輕尾部煙道和煙囪的腐蝕 最初設置GGH的主要目的是為了減輕腐蝕，但眾多現(xiàn)場實際運行表明，煙氣經(jīng)GGH加熱后能夠減輕尾部煙道和煙囪的腐蝕，如表2所示。

表2 上海地區(qū)燃煤電廠煙囪腐蝕情況

2.2 運行中存在的問題

GGH的結垢、堵塞和腐蝕是個共性問題，寶鋼自備電廠、外高橋一廠以及金山熱電廠的GGH都存在這些問題，對自身系統(tǒng)的能耗和安全性都有一定程度的降低。金山熱電廠在2007年的檢修中發(fā)現(xiàn)1號和2號FGD系統(tǒng)的GGH泄漏嚴重，如圖1所示。寶鋼自備電廠因設備軸承底座和轉子發(fā)生偏移，GGH也發(fā)生結垢和堵塞泄漏，如圖2所示。

圖1 金山熱電廠GGH積灰嚴重

圖2 寶鋼自備電廠GGH腐蝕嚴重

2.3 運行中采取的措施

為了減緩GGH的積灰和結垢，在運行中采取了多種措施。

1）加大吹灰力度 每班用壓縮空氣或蒸汽吹掃一次作為制度，必要時增加吹掃次數(shù)。常用汽吹或氣吹不傷換熱元件，不必到積重難返時，再傷害性地用高壓水沖洗。若吹灰后壓降仍未到設定值，可再走一遍程控繼續(xù)吹灰。

外高橋一廠的FGD系統(tǒng)運行能基本保持GGH干凈，主要原因是不斷地用足量的壓縮空氣對GGH進行吹掃，這樣雖然空氣耗量很大，但能防患于未然。所以加強吹灰系統(tǒng)管路通暢和正常運行極為重要。

在實際運行中發(fā)現(xiàn)用蒸汽吹灰比用壓縮空氣吹灰效果更明顯，并且在GGH上下都設置吹灰裝置，將會有更好的效果。

2）采用高壓水沖洗 當GGH的壓差高達正常值的1.5倍時，用10～15MPa的高壓水進行在線沖洗，這是一般GGH廠家的要求，但到1.5倍時再進行沖洗已經(jīng)太晚，應定期進行檢查，摸索出合理的高壓水沖洗時機。采用高壓水進行在線沖洗時，一定要沖洗干凈，否則停留時間太長，更加難清除。

日常應保持噴嘴和管路通暢，避免被雜質和鐵銹堵塞。沖洗管道不應有泄漏，這樣會產(chǎn)生濕環(huán)境加劇結垢形成。若在線沖洗已經(jīng)無法達到壓降要求，只能停運FGD系統(tǒng)，用更高壓水進行離線人工清洗。但不建議進行頻繁的高壓水沖洗，會對設備壽命有很大的損傷，特別是換熱元件上的搪瓷鍍片。

3）化學清洗 當GGH結垢太硬、太厚無法用高壓水清洗干凈時，只能采用化學清洗。一般采取堿洗—水洗—酸洗流程。雖然效果明顯，但過程控制精細，時間較長，花費較多，對換熱元件也有損害。

4）改進GGH的結構設計 如換熱面高度、換熱片間距、換熱片材料。外高橋一廠在2011年的GGH改造中，把原緊湊型換熱元件DNF（波高為8.5mm，高度為1.05m）更換為L型大通道波形傳熱元件（L－2波高為12mm），且降低傳熱元件高度（從1.05m降至0.85m），加強了GGH的吹掃能力，但在加熱煙氣的能力上要比原來的有所削弱。

5）加強煙氣脫硫系統(tǒng)的運行監(jiān)督 需要經(jīng)常校準密度計、液位計以及避免漿液溢流，避免漿液反流到GGH。分析GGH運行數(shù)據(jù)，掌握GGH結垢規(guī)律，總結GGH運行經(jīng)驗，確定合理的吹掃周期和時間，把握高壓水投運的時機和持續(xù)時間。

6）優(yōu)化鍋爐的燃燒 在煙氣換熱器入口處增設煙塵儀，在線監(jiān)測煙氣中粉塵含量，及時進行調(diào)整。提高除霧器性能，減少水滴、泥漿的帶入量，減輕煙氣換熱器的堵塞結垢問題，提高電除塵效率。

通過采取以上針對性的消缺技術運行措施，目前上海地區(qū)各火電廠有GGH運行的脫硫系統(tǒng)，運行已經(jīng)相當穩(wěn)定，其脫硫投運率達到90%的考核要求，已經(jīng)將GGH堵塞結垢影響生產(chǎn)運行風險降至最低。

3 脫硫系統(tǒng)不設置GGH運行分析

無GGH運行的脫硫裝置，其排煙溫度降低至50℃左右。由于進入吸收塔的煙氣溫度較高，需要釋放更多的熱量和蒸發(fā)更多的水分才能夠達到絕熱飽和狀態(tài)。與設置GGH脫硫系統(tǒng)方案相比，二套脫硫系統(tǒng)裝置工藝水消耗增加。由于不需要GGH驅動電機、密封和低泄露風機，減少了功耗，使脫硫系統(tǒng)煙氣阻力降低，節(jié)省脫硫系統(tǒng)增壓風機的軸功率。提高了脫硫裝置運行的可靠性和可利用率，同時也減少了維護和檢修工作量。

3.1 運行中存在的問題

1）給環(huán)境帶來的危害 SO2和NOx的地面最大落地濃度及出現(xiàn)的SO2地面最大落地濃度約為設GGH時的1.5～2倍。NOx排放對電廠周圍及附近區(qū)域環(huán)境有較大影響，其污染物地面最大落地濃度出現(xiàn)的距離距污染源的距離縮短。煙囪白煙現(xiàn)象加重，影響人們的視覺，同時遇到不利于煙氣擴散的氣象條件時，煙囪周圍還可能會有小液滴產(chǎn)生。

2）給運行設備帶來的危害 脫硫后煙氣溫度為40～50℃，易冷凝結露，且濕度大處于飽和，并在潮濕環(huán)境下產(chǎn)生腐蝕性液體。在實際運行中，濕煙囪泡沫玻璃磚脫落、連接處產(chǎn)生縫隙導致煙囪腐蝕甚至穿孔。

對FGD系統(tǒng)安全運行帶來非常嚴重的危害，給濕煙囪造成嚴重的腐蝕。上海地區(qū)火電廠濕煙囪腐蝕案例如圖3所示。

3.2 運行中采取的措施

1）目前采取的防腐措施主要是對煙囪內(nèi)壁進行內(nèi)襯防腐處理，上海地區(qū)除了兩處電廠干煙囪（耐酸磚加防腐涂料）外，濕煙囪基本都采用發(fā)泡耐酸玻璃磚內(nèi)襯，這是一種性價比較高的選擇，鈦板內(nèi)襯和鎳基耐蝕合金鋼板內(nèi)襯防腐效果好，但是價格比較高，采用鈦鋼內(nèi)襯的煙囪成本超過5 000萬元，國內(nèi)還沒有鎳基合金鋼內(nèi)襯煙囪的報道。除了發(fā)泡玻璃磚，還有石洞口一廠采用的聚脲樹脂涂料層，因為其煙氣流速大，最高時超過30m／s，一般材料無法抵抗如此強烈的沖刷腐蝕，但是聚脲的抗熱性能不夠好。玻璃磚的特點是在高溫和高濃度的SO2和SO3氛圍中有很強的抗腐蝕能力，低的膨脹特性可耐受熱沖擊和高溫，保溫性能優(yōu)異，結構緊密，防滲漏能力強，質量輕，易切割。由專用的具有抗煙氣腐蝕能力的黏結膠泥黏貼。實際運行表明，發(fā)泡耐酸玻璃磚是煙囪防腐的良好材料。

圖3 濕煙囪腐蝕案例

2）要注意施工時的涂抹黏貼防腐材料質量和FGD系統(tǒng)停機時對煙囪的維護檢修。減輕出現(xiàn)防腐層厚度不一等施工問題的影響。在原料質量保證的基礎上，施工質量問題應該是主要因素。這么多的磚塊、磚縫要求全部飽滿填塞耐酸膠泥是很難做到的，尤其是豎向縫。當結露的酸液滲到有空隙的磚縫中，接觸到鋼內(nèi)筒，便是一個腐蝕點。有了腐蝕點之后，很快會擴散到其它地方，導致整個鋼內(nèi)筒在較短時間內(nèi)全面受腐蝕。

3）煙氣對煙囪表面的腐蝕與表面煙氣的流動狀態(tài)密切相關。對于中上部的煙囪表面，盡管煙氣流速較高，但此時煙氣流動狀態(tài)變化比較平緩，煙氣基本沿平行表面方向流動，對表面的沖刷作用相對較弱。在煙囪下部，煙氣由于受氣流入口的影響，局部區(qū)域氣流流態(tài)變化較大，會對煙囪局部表面有較強的沖刷作用，改善煙氣流動狀態(tài)、煙囪底部選用耐沖蝕的材料也是比較實用的運行措施。

4）通過增設GGH來提高排煙溫度，減緩煙氣對煙囪的腐蝕以及對濕煙囪帶來的危害，這是在當前防腐材料、施工工藝、驗收不夠完善時，采取的一種有效的技術措施。

4 結語

1）為了節(jié)約運行成本，采用濕法脫硫后，不加GGH運行已是大多電廠選擇的方案，但這方案對煙囪內(nèi)壁腐蝕性較強。由于脫硫后煙氣的含水量增大，溫度低于酸露點，煙氣密度增加，煙囪自拔力減小使得煙氣壓力升高。脫硫后的煙氣屬低溫高濕稀酸型，對吸收塔的后煙道和煙囪內(nèi)壁有非常強的腐蝕性。

2）通過這幾年的運行實踐，對GGH的結垢、堵塞和腐蝕采取了合理的運行措施后，脫硫系統(tǒng)已經(jīng)完全能達到環(huán)保局考核投運率90%、脫硫效率95%的考核要求。

3）根據(jù)上海地區(qū)火電廠有GGH煙囪腐蝕檢查結果看，其煙囪腐蝕明顯高于無GGH煙囪。

4）采用GGH煙囪的電廠，不會產(chǎn)生石膏雨，給周邊環(huán)境帶來的影響最小，符合綠色環(huán)保政策需求，但運行成本、生產(chǎn)的維護工作量、能耗有所增加。

5）對于無GGH煙囪的電廠，必須選用合適的防腐材料，嚴格的施工工藝，進一步加強煙囪維護檢修力度，才能有效減緩煙囪腐蝕。

6）隨著國家環(huán)保政策的日趨嚴謹，城市不斷擴大，市區(qū)居民向郊區(qū)遷移，電廠周圍居民聚集，公眾環(huán)保維權意識的覺醒，濕煙囪帶來的石膏雨會給上?；痣姀S生產(chǎn)和運行帶來新問題，影響綠色電廠的環(huán)保理念，上海火電廠增設GGH，提高排煙溫度來加強煙羽抬升、煙氣擴散，是今后綠色電廠的建設思路。