濕法脫硫裝置煙氣換熱器綜合改造及效果分析

馮 超，高學(xué)農(nóng)，趙 明

（1.華南理工大學(xué)，廣州 510640；2.廣州市能源檢測研究院，廣州 510170；3.廣州珠江電力有限公司，廣州 510655）

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫（FGD）工藝是目前技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、應(yīng)用廣泛的一種濕法脫硫技術(shù)。據(jù)文獻(xiàn)［1］介紹，全國投運(yùn)煙氣脫硫機(jī)組超過5.6億kW，約占全國煤電裝機(jī)容量的86%。目前，煙氣換熱器（GGH）已經(jīng)成為FGD的主要故障源之一，主要集中在 GGH 結(jié)垢［2－3］、堵塞［4－6］和腐蝕［7－8］。廣州珠江電廠總裝機(jī)容量為4×300MW，系國產(chǎn)引進(jìn)型燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。煙氣脫硫裝置采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，按兩爐1塔設(shè)計(jì)；兩套脫硫裝置與4臺機(jī)組配套運(yùn)行，分別對1～2號爐和3～4號爐進(jìn)行全煙氣負(fù)荷脫硫，設(shè)計(jì)脫硫率均大于或等于91%。

脫硫裝置正式投運(yùn)以來，2臺型號為33GVN 400煙氣換熱器的換熱元件（型號為2.8DUe）出現(xiàn)積灰堵塞現(xiàn)象，造成煙氣換熱器內(nèi)部阻力持續(xù)增大，引發(fā)增壓風(fēng)機(jī)電流大幅度增加、風(fēng)機(jī)喘振、尾部煙道低溫腐蝕等一系列問題，不但增加了脫硫裝置運(yùn)行期間的能耗，而且嚴(yán)重威脅整個(gè)脫硫裝置和機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行。

1 煙氣換熱器的工作原理

2套脫硫裝置采用每臺機(jī)組配1臺增壓風(fēng)機(jī)（FUB）、2臺機(jī)組共用1臺脫硫塔和1臺煙氣換熱器的運(yùn)行方式，來自鍋爐引風(fēng)機(jī)出口的原煙氣經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙氣換熱器低溫側(cè)降溫后引入吸收塔，從吸收塔出來的凈煙氣再引入煙氣換熱器高溫側(cè)升溫后經(jīng)煙囪排向大氣。

在引風(fēng)機(jī)出口與煙囪之間，設(shè)置旁路煙道以及煙氣旁路擋板。當(dāng)脫硫裝置運(yùn)行時(shí)，煙道旁路擋板關(guān)閉，脫硫裝置進(jìn)、出口擋板打開，煙氣引入脫硫裝置。煙氣換熱器的作用是將原煙氣110～160℃的熱量加以吸收和貯存，當(dāng)煙溫下降到80℃左右時(shí)流入吸收塔。也就是說，在凈煙氣約50℃時(shí)經(jīng)過氣／氣換熱器，將其加熱到80℃以上，通過凈煙道從煙囪排出。

傳熱元件之間有一定的流通通道，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到原煙氣側(cè)時(shí)，傳熱元件吸收原煙氣的熱量；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到凈煙氣側(cè)時(shí)，傳熱元件釋放熱量，并加熱凈煙氣。由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得傳熱元件交替經(jīng)過原煙氣側(cè)和凈煙氣側(cè)，所以原煙氣的熱量可以持續(xù)不斷地交換給凈煙氣，以達(dá)到加熱凈煙氣的目的。

2 煙氣換熱器的問題分析

2.1 停運(yùn)數(shù)據(jù)匯總

2套脫硫裝置2008年停運(yùn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 脫硫裝置年停運(yùn)統(tǒng)計(jì)

由表1可以看出，無論從停運(yùn)時(shí)間還是從停運(yùn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)，煙氣換熱器堵塞均是脫硫裝置非計(jì)劃停運(yùn)的主要原因，這對煙氣脫硫裝置的投運(yùn)率，造成了不利影響（按月計(jì)，最低接近90%），同時(shí)也給年度排放總量達(dá)標(biāo)及考核造成了很大壓力。

2.2 主要原因分析

1）受場地等條件限制 “兩爐一塔”方式，使得脫硫煙氣流速及壓力較大，在一定程度上煙氣攜帶石灰石漿液量增大，造成煙氣換熱器堵塞。

2）換熱板采用波紋板 當(dāng)初設(shè)計(jì)煙氣換熱器時(shí)，煙氣換熱器廠家及脫硫公司在換熱板選型方面，把傳熱效率作為設(shè)計(jì)依據(jù)，而對脫硫工作環(huán)境中的煙氣換熱器堵塞問題考慮不周，采用換熱元件為緊湊型波紋板（DU型），容易黏附細(xì)灰及煙氣攜帶的石膏。由于選用的換熱板呈波浪式，在沖洗時(shí)無法清掃換熱元件凹部和內(nèi)部的結(jié)垢，使得煙氣換熱器的堵塞加重。

3）原煙氣含塵濃度超標(biāo) 入口原煙氣灰塵通過煙氣換熱器的換熱元件時(shí)被吸附在表面，當(dāng)換熱元件轉(zhuǎn)到凈煙氣側(cè)與吸收塔過來的潮濕煙氣混合后形成灰垢，造成煙氣換熱器堵塞。電廠的電除塵器為三電場，正常運(yùn)行時(shí)除塵率在99.1%～99.2%，電除塵效率已達(dá)到較高水平，脫硫入口含塵濃度為60～100mg／m3。而當(dāng)煤質(zhì)灰分較高或除塵器電場故障時(shí)，含塵濃度超出設(shè)計(jì)粉塵濃度125mg／m3時(shí)，會(huì)加速煙氣換熱器堵塞。

4）入爐煤含硫量過高 原煙氣中過多的SO2含量，容易在煙氣換熱器與堿性物質(zhì)生成硫酸鹽，在換熱元件表面和內(nèi)部形成結(jié)垢。電廠脫硫裝置設(shè)計(jì)入爐煤含硫量為0.8%，原煙氣SO2含量為1 580mg／m3。受市場影響，經(jīng)常發(fā)生入爐煤硫分過高的現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)表明，曾經(jīng)發(fā)生連續(xù)5個(gè)班次的入爐煤含硫量超過1.2%，最高值達(dá)1.52%，使得原煙氣SO2含量超過2 500mg／m3以上，最高達(dá)到3 900mg／m3。

5）除霧效果不佳 除霧器安裝在吸收塔上部，通過撞擊、重力作用使小液滴回到吸收塔，減少氣流攜帶微小的石膏漿液液滴。由于石膏堆積會(huì)減少除霧器的流通截面，增大煙氣流速，降低除霧效果，因此，要保證除霧器的沖洗效果和表面清潔度。

6）吸收塔漿液泡沫多 吸收塔運(yùn)行時(shí)在液面上會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，泡沫中攜帶的石灰石和石膏混合物顆粒，液位測量反映不出液面上虛假的部分，造成泡沫從吸收塔原煙氣入口倒流入煙氣換熱器，或泡沫通過煙氣攜帶進(jìn)入煙氣換熱器凈煙氣側(cè)。原煙氣穿過煙氣換熱器時(shí)，泡沫在原煙氣高溫作用下，水分被蒸發(fā)，泡沫中攜帶的石灰石和石膏混合物顆粒黏附在換熱片表面。在此過程中，原煙氣中的灰塵首先被吸附在泡沫上，隨著泡沫水分的蒸發(fā)而黏附在換熱片表面，造成結(jié)垢加劇。

7）吹灰器吹灰效果差 在原煙氣出口處裝有1臺吹灰器，用以實(shí)現(xiàn)高、低壓水及壓縮空氣吹灰，由于壓縮空氣和低壓水的壓力較低，吹灰效果較差，所以大多采用高壓水吹灰方式。自從改造吹灰器噴嘴后，煙氣換熱器換熱元件低溫側(cè)（頂部）清潔效果明顯得到改善，每次煙氣換熱器進(jìn)行設(shè)備健康檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)換熱元件頂部比較清潔，但底部結(jié)垢和堵塞比較嚴(yán)重。

8）脫硫檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn) 由于控制測點(diǎn)的取樣管道容易被堵塞和腐蝕，所以檢測的數(shù)值波動(dòng)較大，給運(yùn)行調(diào)節(jié)帶來困難。

2.3 治理對策

針對上述主要問題，采取了相應(yīng)的技術(shù)措施。

1）改變煙氣換熱器吹灰方式 按照原設(shè)計(jì)，煙氣換熱器吹灰主要采用高壓水每月吹灰1次。由于壓縮空氣吹灰效果不明顯，煙氣換熱器只能維持20天左右就要停機(jī)清洗。后將煙氣換熱器的吹灰方式改為以高壓水沖洗為主，每班沖洗1次，并且將吹灰器噴嘴由5個(gè)改為3個(gè)，噴嘴孔徑由1.5mm改為2.5mm，煙氣換熱器堵塞現(xiàn)象有所減緩，但也只能維持1個(gè)月左右就要停機(jī)沖洗。

2）加強(qiáng)除霧器沖洗力度 在滿足水系統(tǒng)平衡的前提下，保證除霧器得到足夠的沖洗，避免因除霧器除霧效果不好，導(dǎo)致凈煙氣攜帶石膏漿至煙氣換熱器換熱元件造成煙氣換熱器堵塞。在運(yùn)行操作方面，利用脫硫裝置停運(yùn)機(jī)會(huì)，對除霧器進(jìn)行檢查和人工清洗、確保除霧器－沖洗噴嘴暢通，保持除霧器清潔。

3）加強(qiáng)入爐煤質(zhì)管理 要消除煙氣換熱器堵塞，需要從源頭抓起，加強(qiáng)入爐煤煤質(zhì)檢驗(yàn)和監(jiān)控，防止灰分和硫分過高的燃煤上爐或杜絕連續(xù)上高灰分原煤，加強(qiáng)與燃料公司的溝通和協(xié)調(diào)。

4）加強(qiáng)電除塵器維護(hù) 在脫硫裝置安裝投運(yùn)以前，電廠電除塵內(nèi)部電場發(fā)生故障，一般安排在停機(jī)時(shí)進(jìn)行處理。脫硫裝置投運(yùn)后，為降低粉塵對脫硫裝置的影響，電除塵內(nèi)部電場故障及時(shí)退備進(jìn)行處理。電廠電除塵器為三電場結(jié)構(gòu)，投運(yùn)超過12年，電場部件磨損嚴(yán)重，雖然正常運(yùn)行時(shí)除塵率基本保證在99.1%～99.2%，但對三電場電除塵器來說已達(dá)較高水平，如不改造電場以及對磨損部件進(jìn)行更換，要進(jìn)一步提高除塵效率、減少電場故障較為困難。

3 治理煙氣換熱器堵塞的措施

煙氣換熱器堵塞是一個(gè)綜合性問題，原因是多方面的，有設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)、入爐煤質(zhì)、除霧器除霧效果、吸收塔漿液泡沫、換熱器吹灰效果、換熱元件板形等因素，這也是國內(nèi)電廠采用緊湊型波紋板煙氣換熱器所遇到普遍問題。

電廠通過改變煙氣換熱器吹灰方式、加強(qiáng)除霧器沖洗、加強(qiáng)入爐煤質(zhì)管理、加強(qiáng)電除塵器維護(hù)等一系列措施，但是改善效果并不明顯，只是從原來煙氣換熱器維持20天左右停運(yùn)脫硫裝置，改善到平均每月停運(yùn)脫硫裝置一次的水平，很難適應(yīng)環(huán)保部門對煙氣排放指標(biāo)的要求。

除了加強(qiáng)日常運(yùn)行調(diào)整和維護(hù)措施外，還對換熱元件及高壓清洗系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造，在不改變煙氣換熱器的運(yùn)行方式下，從減少煙氣換熱器內(nèi)部的煙氣壓差入手，減少增壓風(fēng)機(jī)的電流，用以降低電廠營運(yùn)成本，提高脫硫裝置投運(yùn)率。

3.1 加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整及檢修維護(hù)

1）加強(qiáng)除霧器的沖洗力度 在滿足水系統(tǒng)平衡前提下，保證除霧器得到足夠的沖洗，避免因除霧器除霧效果不好導(dǎo)致凈煙氣攜帶石膏漿至煙氣換熱器換熱元件造成煙氣換熱器堵塞。利用脫硫裝置停運(yùn)機(jī)會(huì)，對除霧器進(jìn)行檢查和人工清洗、確保除霧器沖洗噴嘴暢通，保持除霧器清潔。加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，確保除霧器沖洗水壓力及沖洗調(diào)節(jié)門可靠。目前，對除霧器沖洗主要以液位值設(shè)定為主。建議根據(jù)液位值及除霧器的壓差狀況，先靈活調(diào)整除霧器的沖洗時(shí)間間隔，經(jīng)過一段時(shí)間摸索積累經(jīng)驗(yàn)以后，再優(yōu)化沖洗控制方式。

2）加強(qiáng)入爐煤質(zhì)管理 從源頭抓起，加強(qiáng)入爐煤煤質(zhì)檢驗(yàn)和監(jiān)控，防止灰分和硫分過高的燃煤上爐或杜絕連續(xù)上高灰分原煤，加強(qiáng)與燃料供應(yīng)公司的溝通與協(xié)調(diào)。

3）加強(qiáng)吹灰器及高壓水泵的日常維護(hù) 由于長期連續(xù)地投入高壓清洗水泵，勢必加劇高壓水泵的部件磨損，影響其使用壽命。一旦高壓水泵發(fā)生故障不能及時(shí)修復(fù)，必然會(huì)導(dǎo)致煙氣換熱器壓差持續(xù)升高。建議備足高壓水泵零部件，一旦故障及時(shí)修復(fù)。

4）加強(qiáng)電除塵器維護(hù)與檢查 當(dāng)電除塵的電場電壓和電流偏低時(shí)，運(yùn)行值班員應(yīng)切手動(dòng)加強(qiáng)振打，及時(shí)調(diào)整電壓和電流；當(dāng)振打后電壓和電流無改善效果，或電場出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)通知檢修人員到場消缺。

5）加強(qiáng)吸收塔冒泡檢測與調(diào)整 在吸收塔冒泡時(shí)通過適當(dāng)降低吸收塔液位、加強(qiáng)出石膏及加強(qiáng)供漿質(zhì)量監(jiān)督等措施用以減少冒泡；必要時(shí)可加入消泡劑減少泡沫產(chǎn)生。

6）加強(qiáng)脫硫測點(diǎn)維護(hù) 定期對取樣管道進(jìn)行吹掃和沖洗，定期對儀表進(jìn)行校驗(yàn)，定期檢查煙氣換熱器原／凈煙側(cè)壓差測量取樣管的接頭泄漏狀況。

3.2 改造換熱元件和高壓清洗系統(tǒng)

1）改造換熱元件 對煙氣換熱器換熱元件波紋板改型，由原設(shè)計(jì)緊湊型波紋板（2.8DUe型，深440mm）改為防堵型的大通道直板波紋板，并增加換熱元件高度。換熱元件改造技術(shù)要求如表2所示。

表2 換熱元件改造技術(shù)要求

2）改造高壓清洗系統(tǒng) 一是增加1臺高壓水泵，水泵壓力按25MPa、流量為280L／min設(shè)計(jì)，原高壓水泵留作備用；二是在煙氣換熱器原煙側(cè)的底部增加1支吹灰器，并在原鋼架上增加新的支撐平臺和支架；三是增加新的高壓水和壓縮空氣管路，對原高壓水管路進(jìn)行升級并對原頂部吹灰器實(shí)施改造；四是將壓縮空氣、高壓水泵與原頂部吹灰器共用，吹掃流程為兩臺吹灰器輪流吹掃。

3）投資費(fèi)用 單臺煙氣換熱器改造總費(fèi)用約為720萬元，其中：換熱元件改造為480萬元，施工費(fèi)為40萬元。高壓水泵為50萬元，吹灰器為80萬元，管線、閥門和支撐平臺為40萬元，施工費(fèi)為30萬元。

4 綜合改造效果分析

4.1 節(jié)能效果評估

通過對煙氣脫硫裝置綜合治理，對煙氣換熱器換熱元件及高壓清洗系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，取得了明顯效果。每臺煙氣換熱器堵塞停機(jī)清洗由平均每月1次降到平均3個(gè)月1次，全年減少停機(jī)清洗8次，按每次清洗48h計(jì)算，每年可節(jié)約清洗時(shí)間384h。1～4號機(jī)組實(shí)施改造后，增壓風(fēng)機(jī)的電流值分別下降為9.2%、10.8%、9.1%和14.7%，年節(jié)電總量為445.0萬kWh，節(jié)電效果顯著，如表3所示。

表3 煙氣換熱器增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行效果對比

4.2 經(jīng)濟(jì)效益評估

1）節(jié)省廠用電費(fèi)用 按4臺增壓風(fēng)機(jī)每年節(jié)約用電量為445.0萬kWh，電費(fèi)為0.50元／kWh計(jì)算，每年可節(jié)約廠用電費(fèi)222.5萬元。

2）節(jié)省煙氣換熱器沖洗費(fèi)用 每臺煙氣換熱器每年沖洗8次，按沖洗費(fèi)用5.5萬元／次計(jì)算，每年可節(jié)約沖洗費(fèi)88萬元。

3）節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用 由于減少了煙氣換熱器阻力，大幅度減少了增壓風(fēng)機(jī)的喘振次數(shù)，使得喘振造成的部件損壞減少，可降低單臺煙氣換熱器備件費(fèi)30萬元。

4）投資回收期 通過綜合治理煙氣換熱器的堵塞問題，從經(jīng)濟(jì)效益來算，投資回收3.62年。

5 結(jié)語

通過分析脫硫煙氣換熱器堵塞的主要原因，制訂了相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)制度，提出了煙氣換熱器改造措施。經(jīng)過綜合治理，不但減少了煙氣換熱器堵塞現(xiàn)象，還減少了因煙氣換熱器堵塞，引起增壓風(fēng)機(jī)喘振損壞風(fēng)機(jī)部件的現(xiàn)象，有效降低了脫硫旁路擋板被迫打開的次數(shù)。既節(jié)約了檢修成本，同時(shí)也提高了煙氣脫硫率。在創(chuàng)造社會(huì)效益同時(shí)，確保了脫硫裝置和機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行。

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