脫硫系統(tǒng)GGH堵塞原因分析及解決策略

張學民

摘 要：脫硫系統(tǒng)煙氣加熱（GGH）設備，在國內(nèi)早期火電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，GGH得到廣泛的應用。設置GGH主要有幾個優(yōu)點：（1）減弱腐蝕。（2）降低耗水量。（3）加強污染物的擴散。（4）消除石膏雨。根據(jù)這些年脫硫系統(tǒng)運行經(jīng)驗來看。設置GGH主要會帶來堵塞問題。迫使機組停運。尤其是在無脫硫系統(tǒng)旁路的情況下，堵塞會造成主機停運。大大影響了發(fā)電廠安全經(jīng)濟運行。

關鍵詞：GGH結構影響 ?GGH垢層成分分析 ?GGH結垢原因分析 ?解決策略

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0004-02

1 GGH結垢造成的影響

1.1 安全性影響

有煙氣旁路機組，GGH換熱元件結垢嚴重后造成風機喘振。是由于GGH結垢后，煙氣通流面積減小，煙氣流速增加，阻力增大。風機出口壓力升高。風機處在小流量高壓頭工況下運行，極易造成風機喘振。引起增壓風機跳閘，脫硫系統(tǒng)退出運行。環(huán)保指標不達標，威脅機組的正常運行。

無煙氣旁路機組，在堵塞后迫使整個機組事故停運。影響電網(wǎng)安全。

1.2 經(jīng)濟性影響

（1）GGH表面結垢，使GGH換熱效率降低，凈煙氣達不到排放溫度并對下游設施造成腐蝕。GGH換熱面結垢，垢導熱系數(shù)比換熱元件表面的防腐鍍層小，熱阻增大。隨著結垢厚度的增加，熱阻也逐步增加。在原煙氣側高溫煙氣不能被換熱元件有效吸收，換熱元件蓄熱量不夠?；剞D到低溫側，結垢層又阻斷熱量釋放，導致凈煙氣溫升達不到設計要求。結垢情況越嚴重換熱效率就越差，對出口煙道及煙囪造成了低溫腐蝕。

（2）GGH結垢會造成吸收塔耗水量增加。由于結垢GGH換熱元件與高溫原煙氣不能有效進行熱交換，經(jīng)過GGH的原煙氣側時，未有效降溫。進入吸收塔的煙氣溫度超過設計值。進入吸收塔的煙氣溫度越高，從吸收塔蒸發(fā)而帶走的水量就越多。

（3）結垢后GGH單側設計壓差增加1000 Pa左右，系統(tǒng)助力增加2000 Pa以上。增壓風機的電流約增加90A，每臺每天增加運行成本約1萬元。

（4）無旁路系統(tǒng)，GGH堵塞造成的整個系統(tǒng)阻力超出增壓風機運行極限時，主機被迫停運系統(tǒng)。每臺機組每天直接、間接經(jīng)濟損失約超過100萬元。

2 GGH結垢物成分分析

對陽城電廠#8GGH不同端的結垢物進行元素分析和物相分析，發(fā)現(xiàn)GGH結垢物主要有以下情況：

（1）積灰形成的灰垢。

這種灰垢可分為：松散積灰形成的灰垢與黏聚積灰形成的灰垢。松散積灰是飛灰沉積到換熱元件上形成的。黏聚積灰是由于煙氣中硫酸霧的凝結與煙氣中的飛灰、硫酸、石膏、飛灰中的氧化鈣相互反應生成類似水泥的化合物，形成難易沖洗的硬垢。

（2）石膏沉積的硬垢。

這種結垢物是由于煙氣中夾帶的漿液液滴，透過除霧器后。黏附在換熱元件表面形成的石膏沉積垢。這種垢與除霧器葉片間形成的垢一樣，但由于GGH換熱元件的溫度較高在75～100°，會使亞硫酸鹽在高溫下氧化成硫酸鹽，在換熱元件上形成化學反應，使得形成較堅硬的化合物垢。

3 GGH結垢的原因分析

GGH結垢有三方面原因：（1）凈煙氣側除霧器失效所攜帶的石膏漿液。（2）原煙氣側電除塵器效果差攜帶的煙塵飛灰。（3）其他操作不當所引起的原因。

3.1 低溫端除霧器失效引起的堵塞

由于除霧器失效，造成的凈煙氣中石膏漿液或水汽含量大，凈煙氣攜帶著這些漿液在遇到高溫的GGH換熱元件后，迅速的蒸發(fā)掉水分后沉積在換熱元件的表面形成石膏垢（見圖1）。

（1）煙氣量超出除霧器設計余量后造成除霧器失效。

一級除霧器因超出流速后反而不堵，二級在超出流速后堵塞嚴重?，F(xiàn)場觀察到的情況是在二級后形成煙道大量的石膏堆積的現(xiàn)象?；蛘呤窃诙壓蟪霈F(xiàn)堵塞。那么是什么原因造成的一級不堵，而二級后頻繁堵塞。

根據(jù)上述性能曲線，看到的情況是在流速達到5.8 m/s后，除霧器的殘留液滴就會超出75 mg/Nm3。除霧器的流速降低到3.0 m/s后，會殘留液滴超出100 mg/Nm3。

因此除霧器運行的有效范圍為35%～

100%負荷。當通過增壓風機的煙氣量低于其設計煙量的35%。這時的煙氣流速不在除霧器運行的有效范圍。煙氣對除霧器板面的碰撞量減少，導致部分煙氣飄出除霧器。沒有達到除霧效果。最終使除霧器出口煙氣中含水量增加。水分中的漿液也同時被帶出吸收塔進入GGH。另外，高速煙氣對GGH有自清掃的作用，這個作用在煙氣量小于35%時可以認為已經(jīng)削弱或者沒有了。于是霧滴中的漿液黏附在蓄熱元件上，通過高溫煙氣的加熱，同煙中灰塵及煙中酸性物質(zhì)迅速沉積成一種很難清理的沉積物。

（2）吸收塔高pH運行，引起堵塞，造成的除霧器失效。

在濕法脫硫系統(tǒng)中，吸收塔出現(xiàn)結垢一直是困擾脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行的一個瓶頸。系統(tǒng)結垢在石灰石濕法系統(tǒng)中，主要兩種：一種是亞硫酸鈣及其晶體（CaSO3.1/2H2O）形成的軟垢;另一種是硫酸鈣及其晶體（CaSO4.2H2O）形成的硬垢。為了防止結垢的產(chǎn)生一般會采用強制氧化（使亞硫酸鈣的氧化率大于95%）工藝。亞硫酸鈣的氧化與吸收塔里的pH值有密切的關系。因此控制pH值是濕法石灰石脫硫工藝中，防止系統(tǒng)設備結垢的重要措施。

當pH值到達6后。再增加pH值，產(chǎn)物就大部分是亞硫酸鹽。它的溶解度都很小。這就是pH值高時，容易結垢的主要原因。是否發(fā)生結垢是可根據(jù)漿液中的亞硫酸鈣溶解物是否結晶析出就可以判斷。當運行中為了提高效率，拉高pH值。或者當煤種發(fā)生變化，含硫量超出設計值后，為了提高系統(tǒng)的效率短時拉高pH值后。大量的亞硫酸鈣飽和結晶析出。造成除霧器上帶有大量的亞硫酸鈣，又因為亞硫酸鈣粘性大，不易沖洗。因此在高pH值時，會堵塞除霧器的葉片，使得除霧器葉片的距離減小，造成整體除霧器的凈流面積減小。必然會使煙氣的流速增加，當流速增加到除霧器的極限流速后，除霧器出現(xiàn)二次夾帶。在除霧器的一級前，由于夾帶著大量的石膏與亞硫酸鈣的煙氣會在重力的作用下，降落在除霧器一級前的葉片上，經(jīng)沖洗后造成一級前大量的石膏與亞硫酸鈣的堆積;同時小顆粒的石膏漿液與亞硫酸鈣在堵塞后的葉片間流速增加隨著煙氣進入GGH，在凈煙道側加熱脫水后二水硫酸鈣晶體沉積在GGH的換熱元件上。同時部分亞硫酸鈣在原煙氣氧的作用下，氧化成二水硫酸鈣沉積在GGH的換熱元件上。另外有一部分二水硫酸鈣在高溫下部分失去結晶水以硫酸鈣的形式沉積在換熱元件上。造成GGH堵塞。

3.2 高溫端電除塵除塵效果差引起的堵塞

吸收塔出口煙氣經(jīng)過除霧器后仍然攜帶一定量的水分（75μm以下），GGH換熱元件表面比較潮濕，當GGH原煙氣側煙塵含量大時，煙氣中粉塵會粘附在加熱元件的表面。經(jīng)烘烤后變成硬垢。另外，飛灰具有水硬性，飛灰中的CaO可以激活飛灰的活性，換熱器上沉積的硫酸鈣、冷凝產(chǎn)生的硫酸、和氧化鈣、煙氣中的SO3以及塔內(nèi)漿液等與飛灰相互反應形成類似水泥的硅酸鹽，隨著運行時間的累積逐漸硬化形成堵灰，差壓顯著增高。

3.3 其它方面的原因引起

（1）運行時GGH未按運行規(guī)程進行GGH的定期吹掃，或吹掃的周期長、每次吹掃的時間較短，不能及時去除積灰/垢而形成累積;吹掃氣/汽源參數(shù)不滿足設計要求，空氣吹掃時氣體的壓力只有0.3 MPa左右，不能達到吹掃效果;

（2）當GGH壓差高時未采用高壓水在線沖洗、或沒有沖洗干凈，粘積物板結成硬垢，造成結垢越來越嚴重。當吸收塔內(nèi)pH 值較高時，煙氣攜帶的CaCO3含量也多，它們與原/凈煙氣中SO2繼續(xù)反應生成結晶石膏而牢固地粘附在GGH換熱元件上引起堵塞。

（3）在運行中有時吸收塔液位過高，溢流管排漿不暢。漿液從吸收塔原煙氣入口倒流入GGH。吸收塔在運行時由于攪拌器的攪動及氧化空氣的鼓入使液位有一定的上升，運行時在液面上常會產(chǎn)生大量泡沫，泡沫中攜帶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GGH。原煙氣穿過GGH時，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粘附在換熱片表面。在此過程中，原煙氣中的灰塵首先被吸附在泡沫上，隨著泡沫中水分的蒸發(fā)進而粘附在換熱片表面，造成結垢。即使倒流時間短，GGH 積污也非常嚴重。

4 解決策略

（1）電除塵器的改造降低煙氣含塵濃度。

選用使用高效的旋轉極板電除塵器、電袋除塵、布袋除塵，或者用低溫除塵器及吸收塔出口增加濕式除塵器，都可以降低煙氣含塵濃度。

（2）除霧器的改造降低煙氣帶水。

除霧器失效，主要原因是通過除霧器的煙氣流速發(fā)生變化。降低流速，改變不均勻的煙氣，就成為除霧器前段必須做的工作。比如增加一級管式除霧，既能均布煙氣流速。又能降低煙氣流速。

（3）GHH進行大通道換熱元件改造。

采用大通道波紋板（L型）換熱元件替代原來緊湊型波紋板，該板形在煙氣流通方向是直通的，沒有小的波紋。其波型平滑，并考慮了GGH防堵塞結構的改造。

（4）離線化學清洗，選用弱酸或中性清洗介質(zhì)。

由于GGH換熱元件上黏附垢異常堅硬，單單采用高壓水進行沖洗效果不明顯，需要加清洗劑來松動結垢。GGH換熱元件清洗由專業(yè)公司進行，采用清洗劑加高壓水的方法，換熱元件無需吊出沖洗，用清洗劑對波紋板噴灑滲透后用高壓水進行沖洗，采用頂部及底部正反沖洗，效果比較好。

參考文獻

[1] 曾庭華，楊華，廖永進，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗及運行[J].中國電力，2008：741-760.

[2] 周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊[J].中國電力，2006：132-144.

3.2 高溫端電除塵除塵效果差引起的堵塞

吸收塔出口煙氣經(jīng)過除霧器后仍然攜帶一定量的水分（75μm以下），GGH換熱元件表面比較潮濕，當GGH原煙氣側煙塵含量大時，煙氣中粉塵會粘附在加熱元件的表面。經(jīng)烘烤后變成硬垢。另外，飛灰具有水硬性，飛灰中的CaO可以激活飛灰的活性，換熱器上沉積的硫酸鈣、冷凝產(chǎn)生的硫酸、和氧化鈣、煙氣中的SO3以及塔內(nèi)漿液等與飛灰相互反應形成類似水泥的硅酸鹽，隨著運行時間的累積逐漸硬化形成堵灰，差壓顯著增高。

3.3 其它方面的原因引起

（1）運行時GGH未按運行規(guī)程進行GGH的定期吹掃，或吹掃的周期長、每次吹掃的時間較短，不能及時去除積灰/垢而形成累積;吹掃氣/汽源參數(shù)不滿足設計要求，空氣吹掃時氣體的壓力只有0.3 MPa左右，不能達到吹掃效果;

（2）當GGH壓差高時未采用高壓水在線沖洗、或沒有沖洗干凈，粘積物板結成硬垢，造成結垢越來越嚴重。當吸收塔內(nèi)pH 值較高時，煙氣攜帶的CaCO3含量也多，它們與原/凈煙氣中SO2繼續(xù)反應生成結晶石膏而牢固地粘附在GGH換熱元件上引起堵塞。

（3）在運行中有時吸收塔液位過高，溢流管排漿不暢。漿液從吸收塔原煙氣入口倒流入GGH。吸收塔在運行時由于攪拌器的攪動及氧化空氣的鼓入使液位有一定的上升，運行時在液面上常會產(chǎn)生大量泡沫，泡沫中攜帶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GGH。原煙氣穿過GGH時，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粘附在換熱片表面。在此過程中，原煙氣中的灰塵首先被吸附在泡沫上，隨著泡沫中水分的蒸發(fā)進而粘附在換熱片表面，造成結垢。即使倒流時間短，GGH 積污也非常嚴重。

4 解決策略

（1）電除塵器的改造降低煙氣含塵濃度。

選用使用高效的旋轉極板電除塵器、電袋除塵、布袋除塵，或者用低溫除塵器及吸收塔出口增加濕式除塵器，都可以降低煙氣含塵濃度。

（2）除霧器的改造降低煙氣帶水。

除霧器失效，主要原因是通過除霧器的煙氣流速發(fā)生變化。降低流速，改變不均勻的煙氣，就成為除霧器前段必須做的工作。比如增加一級管式除霧，既能均布煙氣流速。又能降低煙氣流速。

（3）GHH進行大通道換熱元件改造。

采用大通道波紋板（L型）換熱元件替代原來緊湊型波紋板，該板形在煙氣流通方向是直通的，沒有小的波紋。其波型平滑，并考慮了GGH防堵塞結構的改造。

（4）離線化學清洗，選用弱酸或中性清洗介質(zhì)。

由于GGH換熱元件上黏附垢異常堅硬，單單采用高壓水進行沖洗效果不明顯，需要加清洗劑來松動結垢。GGH換熱元件清洗由專業(yè)公司進行，采用清洗劑加高壓水的方法，換熱元件無需吊出沖洗，用清洗劑對波紋板噴灑滲透后用高壓水進行沖洗，采用頂部及底部正反沖洗，效果比較好。

參考文獻

[1] 曾庭華，楊華，廖永進，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗及運行[J].中國電力，2008：741-760.

[2] 周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊[J].中國電力，2006：132-144.

3.2 高溫端電除塵除塵效果差引起的堵塞

吸收塔出口煙氣經(jīng)過除霧器后仍然攜帶一定量的水分（75μm以下），GGH換熱元件表面比較潮濕，當GGH原煙氣側煙塵含量大時，煙氣中粉塵會粘附在加熱元件的表面。經(jīng)烘烤后變成硬垢。另外，飛灰具有水硬性，飛灰中的CaO可以激活飛灰的活性，換熱器上沉積的硫酸鈣、冷凝產(chǎn)生的硫酸、和氧化鈣、煙氣中的SO3以及塔內(nèi)漿液等與飛灰相互反應形成類似水泥的硅酸鹽，隨著運行時間的累積逐漸硬化形成堵灰，差壓顯著增高。

3.3 其它方面的原因引起

（1）運行時GGH未按運行規(guī)程進行GGH的定期吹掃，或吹掃的周期長、每次吹掃的時間較短，不能及時去除積灰/垢而形成累積;吹掃氣/汽源參數(shù)不滿足設計要求，空氣吹掃時氣體的壓力只有0.3 MPa左右，不能達到吹掃效果;

（2）當GGH壓差高時未采用高壓水在線沖洗、或沒有沖洗干凈，粘積物板結成硬垢，造成結垢越來越嚴重。當吸收塔內(nèi)pH 值較高時，煙氣攜帶的CaCO3含量也多，它們與原/凈煙氣中SO2繼續(xù)反應生成結晶石膏而牢固地粘附在GGH換熱元件上引起堵塞。

（3）在運行中有時吸收塔液位過高，溢流管排漿不暢。漿液從吸收塔原煙氣入口倒流入GGH。吸收塔在運行時由于攪拌器的攪動及氧化空氣的鼓入使液位有一定的上升，運行時在液面上常會產(chǎn)生大量泡沫，泡沫中攜帶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GGH。原煙氣穿過GGH時，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粘附在換熱片表面。在此過程中，原煙氣中的灰塵首先被吸附在泡沫上，隨著泡沫中水分的蒸發(fā)進而粘附在換熱片表面，造成結垢。即使倒流時間短，GGH 積污也非常嚴重。

4 解決策略

（1）電除塵器的改造降低煙氣含塵濃度。

選用使用高效的旋轉極板電除塵器、電袋除塵、布袋除塵，或者用低溫除塵器及吸收塔出口增加濕式除塵器，都可以降低煙氣含塵濃度。

（2）除霧器的改造降低煙氣帶水。

除霧器失效，主要原因是通過除霧器的煙氣流速發(fā)生變化。降低流速，改變不均勻的煙氣，就成為除霧器前段必須做的工作。比如增加一級管式除霧，既能均布煙氣流速。又能降低煙氣流速。

（3）GHH進行大通道換熱元件改造。

采用大通道波紋板（L型）換熱元件替代原來緊湊型波紋板，該板形在煙氣流通方向是直通的，沒有小的波紋。其波型平滑，并考慮了GGH防堵塞結構的改造。

（4）離線化學清洗，選用弱酸或中性清洗介質(zhì)。

由于GGH換熱元件上黏附垢異常堅硬，單單采用高壓水進行沖洗效果不明顯，需要加清洗劑來松動結垢。GGH換熱元件清洗由專業(yè)公司進行，采用清洗劑加高壓水的方法，換熱元件無需吊出沖洗，用清洗劑對波紋板噴灑滲透后用高壓水進行沖洗，采用頂部及底部正反沖洗，效果比較好。

參考文獻

[1] 曾庭華，楊華，廖永進，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗及運行[J].中國電力，2008：741-760.

[2] 周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊[J].中國電力，2006：132-144.