降低濕法脫硫煙氣加熱器堵塞的技術(shù)措施

李偉農(nóng)

（上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200137）

0 引言

上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司裝有4臺(tái)300 MW國(guó)產(chǎn)亞臨界發(fā)電機(jī)組，自2006年起陸續(xù)安裝和投入脫硫設(shè)備，至2008年上半年全部完成工程項(xiàng)目，其中1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組的脫硫系統(tǒng)，采用引進(jìn)的濕法脫硫技術(shù)與工藝，配備煙氣加熱器（GGH），3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組的脫硫系統(tǒng)，采用國(guó)產(chǎn)的濕法脫硫技術(shù)與工藝，也配備GGH。

在經(jīng)歷了最初幾年新設(shè)備的運(yùn)行生產(chǎn)后，脫硫系統(tǒng)的設(shè)備缺陷開始顯現(xiàn)，尤其是GGH的堵塞情況，隨著脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，情況越來(lái)越嚴(yán)重。嚴(yán)重的GGH堵塞，影響了脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行和脫硫裝置的投運(yùn)率，同時(shí)也影響了電廠的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保形象，為了解決這一問(wèn)題，優(yōu)化及改進(jìn)項(xiàng)目提上了議事日程。

1 GGH堵塞原因分析

4臺(tái)機(jī)組的脫硫系統(tǒng)均配備GGH裝置，主要有轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子殼體、傳熱元件、轉(zhuǎn)子軸承和密封、轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)設(shè)備、清洗裝置、吹掃系統(tǒng)組成。其工作原理是未脫硫的煙氣從水平主煙道引出，經(jīng)過(guò)增壓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入GGH，與傳熱元件熱交換后降溫?zé)煔膺M(jìn)入吸收塔，在塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凈化后的煙氣離開吸收塔，再回到GGH，煙氣溫度被加熱提高后進(jìn)入煙道，如圖1所示。

圖1 脫硫煙氣流程示意圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，煙氣經(jīng)過(guò)GGH被加熱至80～90℃進(jìn)入煙道，由于煙溫高于露點(diǎn)溫度，減少了對(duì)煙道和煙囪的腐蝕，提高了煙囪出口煙氣的排放和抬升高度，對(duì)電廠周邊以及大氣環(huán)境起到良好的作用。在最初1年內(nèi)，由于是新設(shè)備投運(yùn)，GGH堵塞的問(wèn)題并未很嚴(yán)重，但是隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，GGH堵塞的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，如圖2所示，影響了脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及對(duì)脫硫裝置投運(yùn)率的環(huán)?？己酥笜?biāo)。

圖2 GGH堵塞狀況

按照常規(guī)的GGH設(shè)計(jì)理念，一般GGH的運(yùn)行壽命為3～6年，滿足一個(gè)大修周期，但是實(shí)際運(yùn)行情況并不是這樣，除了GGH的堵塞，還伴隨著堵塞物中的腐蝕性物質(zhì)帶來(lái)的傳熱元件的腐蝕問(wèn)題，惡性循環(huán)后進(jìn)一步加深了GGH的堵塞。例如，2009年3月1日機(jī)組最高負(fù)荷為300MW，原煙側(cè)壓差為0.37kPa，凈煙側(cè)壓差為0.43 kPa，過(guò)了28天原煙側(cè)壓差上升為1.01kPa，凈煙側(cè)壓差上升為1.17kPa，GGH受堵的趨勢(shì)不減，如圖3所示。

GGH自帶的清洗裝置、吹掃系統(tǒng)對(duì)這種堵塞已起不到清洗和吹掃的作用，只能利用停運(yùn)脫硫裝置，不停運(yùn)機(jī)組，或者利用機(jī)組調(diào)停，停機(jī)檢修的機(jī)會(huì)進(jìn)行人工清洗，不但增加了很高的清洗費(fèi)用，而且還增加了電廠檢修成本的壓力。隨著脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，人工沖洗的時(shí)間間隔也越來(lái)越短。

圖3 2009年3月份GGH發(fā)生堵塞趨勢(shì)

GGH堵塞的主要原因如下：

1）傳熱元件 GGH的傳熱元件系裝置整套配供，采用緊湊型波紋板，波形緊湊，波高8.5 mm，長(zhǎng)1 050mm，換熱面積為18 820m2，換熱效果好，但煙氣流通面積小，如圖4所示。

圖4 緊湊型傳熱元件

由于緊湊型波紋板表面波紋凹凸、溝槽較密，容易吸附煙氣中的灰塵以及脫硫后凈煙氣中的少量水和漿液顆粒，時(shí)間長(zhǎng)了便會(huì)結(jié)成硬垢很難清除，加上GGH自帶的吹灰裝置沒(méi)有正反吹掃的功能，導(dǎo)致清洗效果越來(lái)越差，只能進(jìn)行人工沖洗，而人工沖洗只能清除堵塞煙氣流通的大部分空間，許多死角依然存在。由于傳熱元件表面存在溫差大、振動(dòng)等原因，造成表面搪瓷發(fā)生龜裂，加重了傳熱元件的腐蝕，甚至部分區(qū)域發(fā)生塌陷現(xiàn)象。GGH堵塞現(xiàn)象隨著時(shí)間的延續(xù)會(huì)反復(fù)出現(xiàn)，堵塞—清洗—再堵塞—再清洗，惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響脫硫裝置的正常投用。

2）燃煤品質(zhì) 近年來(lái)，由于動(dòng)力煤供應(yīng)緊張，鍋爐燃燒的煤種來(lái)源地多、品質(zhì)下降、灰分高、灰的粘度大、硫分高，加上煤價(jià)高企，電廠為了降低成本，高品質(zhì)和低品質(zhì)的煤混合摻燒，使熱煙氣帶有大量灰分，進(jìn)入GGH加劇了傳熱元件堵塞。經(jīng)過(guò)吸收塔脫硫的煙氣溫度一般在40～50℃，由于吸收塔運(yùn)行控制的偏差以及發(fā)生設(shè)備缺陷等情況，煙氣中或多或少夾帶著濕度、水分以及三氧化硫（三氧化硫結(jié)露露點(diǎn)溫度約為75℃）進(jìn)入GGH，不斷地腐蝕傳熱元件，特別是死角部位。被腐蝕破壞的傳熱元件表面，雖經(jīng)搪瓷工藝處理，由于粗糙不光滑，加大了吸附能力，造成局部塌陷，堵塞越來(lái)越嚴(yán)重。

3）除塵設(shè)備 每臺(tái)機(jī)組均安裝3臺(tái)電場(chǎng)除塵，隨著除塵效率的降低，也會(huì)造成GGH堵塞。出于節(jié)能減排考慮，我廠曾在2008年4季度通過(guò)試驗(yàn)，推廣電除塵間歇供電運(yùn)行方式，煙塵含量一度有所下降，但運(yùn)行沒(méi)有多久，煙塵含量又慢慢恢復(fù)到原來(lái)水平，故于2008年底退出電除塵間歇供電方式的運(yùn)行。2010年6月份完成1號(hào)機(jī)組電除塵改布袋除塵，投運(yùn)后除塵效率大幅提高，有效改善了1號(hào)機(jī)組GGH的堵塞狀況。

4）吸收塔漿液池液位控制 由于1，2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)和3，4號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)分別采用兩家制造廠的設(shè)備，在吸收塔漿液池液位控制的設(shè)計(jì)要求上有所不同。1，2號(hào)機(jī)組漿液池液位控制在8～9m；3，4號(hào)機(jī)組漿液池液位控制在10～11 m。在吸收塔的運(yùn)行中，漿液池液位表面會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫現(xiàn)象，這種泡沫現(xiàn)象使液位測(cè)量?jī)x表無(wú)法讀出量值，如果液位控制偏高或者長(zhǎng)時(shí)間處于高液位控制水平，大量泡沫會(huì)從吸收塔的原煙氣入口導(dǎo)入GGH，吸附在傳熱元件等一些死角部位，堵塞GGH。在熱煙氣進(jìn)入GGH并加熱傳熱元件時(shí)，會(huì)蒸發(fā)掉泡沫中的水分，其中石灰石和石膏的小顆粒以及煙氣中的灰塵粘附在傳熱元件表面，結(jié)成硬垢。此種現(xiàn)象在吸收塔運(yùn)行的初期，由于對(duì)液位控制還未有精準(zhǔn)的計(jì)量，產(chǎn)生液位控制偏高或者長(zhǎng)時(shí)間處于高液位控制水平，對(duì)GGH的堵塞埋下了隱患。

5）除霧器工作不正常及其他原因 從除霧器出來(lái)的凈煙氣中，夾帶有少量的水和漿液進(jìn)入GGH后，粘結(jié)在換熱元件的表面，引發(fā)堵塞GGH。GGH在線吹灰裝置工作不正常，在線吹掃裝置布置不合理，噴嘴少，吹灰壓力偏小，除塵不干凈，諸多原因都會(huì)影響吹掃效果。GGH在線高壓沖洗裝置設(shè)計(jì)壓力偏小，噴嘴布置不合理，不能起到高壓沖洗干凈的效果。這些因素在脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，日積月累，嚴(yán)重阻礙了GGH內(nèi)部煙氣流通的空間。

2 技術(shù)改造及措施

將原先緊湊型波紋板改造成大通道波紋板，如圖5所示。傳熱元件為L(zhǎng)型，波高10mm，長(zhǎng)1 050mm（按原傳熱元件尺寸），換熱面積為17 705 m2，重134t，凈煙氣排煙溫度為88.1℃，總壓降為0.69kPa。

圖5 L型大通道波紋板傳熱元件

L型大通道波紋板傳熱元件具有以下特點(diǎn)：

1）波形是根據(jù)GGH的運(yùn)行環(huán)境，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算、選型，由定位板和波紋板組成一組。定位板采用平坦光滑過(guò)渡的直紋形式，波紋板采用光滑斜向的形式，使定位板與波紋板之間為點(diǎn)接觸。在模擬沖洗時(shí)可以看到?jīng)_洗介質(zhì)達(dá)到整個(gè)傳熱元件的表面，有利于清洗，壓差小，運(yùn)行穩(wěn)定，沖洗效果十分顯著。

2）增加煙氣的通流面積，減少煙氣阻力，降低增壓風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度以及GGH電機(jī)的負(fù)載，減少脫硫系統(tǒng)的能耗，增加GGH的有效投運(yùn)率。

3）采用涂搪專用零碳鋼板（含碳量低于0.001 5%）及優(yōu)質(zhì)釉粉，并用先進(jìn)的干法靜電噴涂工藝，確保傳熱元件邊緣及各面搪瓷的均勻、光滑，從而使石膏和飛灰粘結(jié)傳熱元件的面積大幅減少，降低堵塞的機(jī)率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年和2009年是GGH堵塞高峰年，從2010年開始對(duì)GGH的傳熱元件進(jìn)行改造，1號(hào)機(jī)組于2010年6月改造完成投運(yùn)；3號(hào)機(jī)組于2010年12月改造完成投運(yùn)；2號(hào)機(jī)組于2011年2月改造完成投運(yùn)；4號(hào)機(jī)組改造已經(jīng)列入計(jì)劃。

圖6 4臺(tái)機(jī)組年人工沖洗次數(shù)

改造后GGH的差壓減小，運(yùn)行安全、穩(wěn)定，傳熱元件表面不易粘結(jié)石膏、漿液和飛灰，GGH堵塞的概率大大降低，人工清洗次數(shù)明顯下降，圖6為2006年至2011年1～4號(hào)機(jī)組人工沖洗次數(shù)的示意圖。

由于4號(hào)機(jī)組還未改造，GGH依然有堵塞，需要停用脫硫系統(tǒng)進(jìn)行人工清洗，其他機(jī)組僅利用檢修和調(diào)停計(jì)劃進(jìn)行預(yù)防性人工清洗，尤其是1號(hào)機(jī)組2010年6月同步完成布袋除塵技術(shù)改造后，除塵效率大幅度提高，使得除塵器出口的灰塵量大幅度下降。經(jīng)過(guò)上述技術(shù)改造，改變了GGH堵塞狀況，1號(hào)機(jī)組從2010年6月至今，還未進(jìn)行過(guò)人工清洗。

3 切磋與體會(huì)

火電廠脫硫裝置全面配備運(yùn)行，從啟動(dòng)到目前近5年，前期脫硫裝置技術(shù)改造的電廠大多選有GGH，GGH運(yùn)行一段時(shí)間后，便會(huì)產(chǎn)生堵塞和部分堵塞的情況。這其中GGH傳熱元件的選型，是一個(gè)非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。由于對(duì)GGH實(shí)際運(yùn)行未有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，在選型上主要從換熱效率上考量偏多，大多采用緊湊型的傳熱元件，這為以后GGH的堵塞埋下了隱患，嚴(yán)重影響到脫硫裝置的投運(yùn)率。

我廠在改造實(shí)踐中，采用10mm波高的傳熱元件，從實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，低負(fù)荷工況下GGH出口排煙溫度能滿足高于煙氣的飽和溫度，所以GGH改造時(shí)還可以采用更高波高的傳熱元件（如波高為11～12mm）。在保證排煙溫度的前提下，增加波高就相當(dāng)于增加了煙氣的通流面積，更有利于GGH長(zhǎng)期無(wú)堵塞運(yùn)行，有利于降低增壓風(fēng)機(jī)電流，有效起到節(jié)能效果。

造成GGH的堵塞，還有一個(gè)重要的因素，是企業(yè)在成本加大的壓力下，采用混燒或者摻燒低品質(zhì)的燃煤，使燃燒后的煙氣帶有大量灰分，在同樣工況下電除塵的除塵效率就會(huì)下降，進(jìn)入GGH煙氣中的灰塵相應(yīng)增加，加劇傳熱元件的堵塞，所以說(shuō)除塵效率的高低，直接影響到GGH的堵塞程度。

我廠1號(hào)機(jī)組實(shí)施布袋除塵技術(shù)后，除塵效率大幅度提高，改善了GGH的堵塞狀況。但是，實(shí)施布袋除塵技術(shù)改造的費(fèi)用很高，單獨(dú)進(jìn)行這樣的改造，很多電廠會(huì)考慮到投入的成本。目前，火電廠正在進(jìn)行新一輪的脫硝技術(shù)改造，在脫硝技術(shù)改造中合并考慮布袋除塵的技術(shù)改造，使這兩項(xiàng)環(huán)保技術(shù)和脫硫技術(shù)一起，在大幅度降低SOx、NOx、煙塵顆粒的排放中起到積極的作用。

GGH在投運(yùn)前已經(jīng)配備了在線高壓水沖洗裝置和在線吹掃裝置，但在GGH堵塞時(shí)，吹掃裝置起不到清灰和除垢的目的。通過(guò)技術(shù)改造，尤其是對(duì)GGH傳熱元件改造后，及時(shí)消除了這兩個(gè)系統(tǒng)的缺陷，采用定期或持續(xù)的進(jìn)行吹灰作業(yè)，尤其是在機(jī)組停機(jī)大修、小修期間，除了用高壓水沖洗之外，還可以進(jìn)行預(yù)防性的人工清洗，用以徹底消除堵塞和硬垢。

利用檢修期間進(jìn)行吹掃作業(yè)，不會(huì)影響脫硫裝置的投運(yùn)率，并可對(duì)吹掃裝置和清洗裝置的噴嘴，利用檢修機(jī)會(huì)進(jìn)行合理布置，用以確保吹掃高效。進(jìn)一步加強(qiáng)脫硫裝置的運(yùn)行和檢修管理。例如，適當(dāng)提高空氣壓縮機(jī)的出口壓力和高壓沖洗水的壓力，加強(qiáng)對(duì)脫硫運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控，尤其是監(jiān)視GGH壓差上升的趨勢(shì)，適當(dāng)增加在線高壓水沖洗次數(shù)，控制調(diào)整好吸收塔液位等。通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行方式，強(qiáng)化運(yùn)行調(diào)整手段。

4 結(jié)語(yǔ)

石灰石—石膏濕法脫硫工藝，是目前廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)脫硫工藝，脫硫效率可超過(guò)90%，通過(guò)近5年的不斷改造和完善，脫硫效率基本達(dá)到95%，二氧化硫排放濃度小于100mg／m3。尤其是通過(guò)GGH傳熱元件的技術(shù)改造，在保證脫硫裝置投運(yùn)率的同時(shí)，還達(dá)到從2012年1月1日起實(shí)施的國(guó)家《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)SO2排放的要求。對(duì)GGH傳熱元件的改造，證實(shí)了在設(shè)計(jì)初期選用高效的濕法脫硫工藝，而不是選用干法或半干法等效率偏低的脫硫工藝是正確的。同時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行中，檢修方面完好的設(shè)備保障，運(yùn)行方面的優(yōu)化運(yùn)行方式同樣是關(guān)鍵。

針對(duì)硫分偏高的煤種，合理用低硫分煤進(jìn)行摻燒，進(jìn)一步降低原煙氣中的含硫量?？刂坪梦账袧{液的pH值；根據(jù)負(fù)荷的高低，合理調(diào)度漿液循環(huán)泵的投用；通過(guò)優(yōu)化檢修、加強(qiáng)管理、吸收好的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的技術(shù)；通過(guò)技術(shù)改造提高脫硫裝置的效用，減少SOx排放，還需努力和完善。