淺析濕法脫硫中熱管式換熱器運(yùn)行的問題

于曉蕾

（同方環(huán)境股份有限公司，北京 100083）

1　情況概述

1.1　現(xiàn)場情況描述

某熱電廠有三臺240 t/h循環(huán)流化床鍋爐，配置三套脫硫裝置，同時(shí)安裝三套熱管式換熱器，用原煙氣加熱凈煙氣，熱管式換熱器布置在吸收塔出口至煙囪入口水平煙道之間。熱管材質(zhì)采用ND鋼圓管和ND鋼螺旋翅片與ND鋼圓管和ND鋼螺旋翅片鍍?nèi)嵝越饘偬麓山M合，從凈煙氣入口側(cè)起1至6排為ND鋼圓管和ND鋼螺旋翅片鍍?nèi)嵝越饘偬麓桑?至30排為ND鋼基管和ND鋼螺旋翅片，并設(shè)置在線水沖洗系統(tǒng)[1-2]。#1爐脫硫系統(tǒng)于2015年5月開始投運(yùn)，投運(yùn)后有6個(gè)月時(shí)間處于凈煙道封閉，凈煙氣走臨時(shí)煙囪；在通煙運(yùn)行12個(gè)月后，于2016年11月初停爐檢修。檢查發(fā)現(xiàn),原煙氣側(cè)底部在線沖洗后仍有較多灰垢與銹蝕，存在少量腐蝕。凈煙氣側(cè)換熱管存在大量翅片脫落及腐蝕情況，#2、#3爐情況類似。

1.2　主要運(yùn)行參數(shù)

熱管式換熱器原煙氣入口煙氣設(shè)計(jì)參數(shù)：270 000 Nm3/h，（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），原煙氣入口設(shè)計(jì)溫度為125℃，出口設(shè)計(jì)溫度為90℃，換熱器凈煙氣入口設(shè)計(jì)溫度為50℃，出口設(shè)計(jì)溫度為80℃。

1.3　運(yùn)行參數(shù)分析

1.3.1換熱器壓差分析

現(xiàn)場DCS數(shù)據(jù)顯示，2015年11月至2016年6月原煙氣側(cè)保持在400～1 000 Pa，凈煙氣側(cè)保持在400～600 Pa；2016年6月至2016年11月原煙氣側(cè)保持在800～1 000 Pa，凈煙氣側(cè)保持在600～1 000 Pa。上述數(shù)據(jù)顯示，熱管式換熱器原、凈煙氣側(cè)的壓差隨著運(yùn)行時(shí)間增加不斷升高。

1.3.2換熱器煙溫分析

現(xiàn)場DDCS數(shù)據(jù)顯示，2015年9月到2015年10月，原煙氣側(cè)入口溫度在60～120℃，凈煙氣側(cè)出口溫度在50～80℃。2015年11月至2016年6月，原煙氣側(cè)入口溫度保持在120～140℃，凈煙氣側(cè)出口溫度保持在80℃左右；2016年6月運(yùn)行至2016年11月，原煙氣側(cè)入口溫度保持在120～140℃，凈煙氣側(cè)出口溫度保持在60～80℃。上述數(shù)據(jù)顯示，熱管式換熱器凈煙氣側(cè)的出口溫度不斷下降。

1.3.3主要運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對比

現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)有較大偏差，如表1所示。

表1　現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對比

1.4　現(xiàn)有運(yùn)行問題

據(jù)現(xiàn)場勘查情況、DCS運(yùn)行數(shù)據(jù)及參數(shù)分析，熱管式換熱器出現(xiàn)的主要問題有積灰、換熱器腐蝕以及換熱效果下降。

1.4.1積灰問題

原煙氣側(cè)的熱管翅片、熱管外表面及換熱器底部和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)有不同程度的積灰，熱管根部尤為嚴(yán)重。凈煙氣側(cè)也有積灰，熱管外表面、翅片及換熱器底部和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)均有不同程度的掛灰，同樣熱管根部積灰最為嚴(yán)重。

1.4.2腐蝕問題

原煙氣側(cè)有少量腐蝕。凈煙氣側(cè)腐蝕較為嚴(yán)重，凈煙氣側(cè)第16和17排熱管外壁有減薄現(xiàn)象且有部分熱管翅片脫落，翅片脫落區(qū)域較為集中。

2　運(yùn)行問題原因分析

針對上述問題，結(jié)合運(yùn)行工況及現(xiàn)場實(shí)際情況綜合考慮，筆者開展具體原因分析。

2.1　積灰問題分析

積灰主要是原煙氣中攜帶的煙塵造成的，在設(shè)計(jì)條件下，入口煙塵含量應(yīng)小于25 mg/Nm3，現(xiàn)場檢測報(bào)告顯示，換熱器入口煙塵含量達(dá)到65 mg/Nm3，超出設(shè)計(jì)值1.5倍[3]。入口煙塵量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致積灰現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，入口煙氣量較設(shè)計(jì)值低10%，導(dǎo)致煙氣流速降低，進(jìn)而導(dǎo)致煙氣攜帶塵的能力降低，加劇積灰程度。

另外，在運(yùn)行過程中，曾經(jīng)發(fā)生為保證SNCR脫硝效果，超量噴氨導(dǎo)致氨逃逸嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象。過量氨會導(dǎo)致鍋爐尾部煙氣中產(chǎn)生硫酸氫銨，硫酸氫銨具有黏性，易附著在換熱管壁而形成堅(jiān)固的積灰，這種積灰難以被普通的水沖洗并清除。

2.2　腐蝕問題分析

熱管式換熱器尤其是凈煙氣側(cè)的腐蝕情況，是由多種因素疊加導(dǎo)致的。煙氣參數(shù)的變化、積灰、積水、換熱器排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、換熱器沖洗水設(shè)計(jì)以及換熱器的日常維護(hù)等都是導(dǎo)致熱管腐蝕的原因[4]。

本項(xiàng)目換熱器凈煙氣側(cè)出口溫度目前為60～90℃。熱管壁溫下降到酸露點(diǎn)附近，會發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。隨著溫度降低，原低于酸露點(diǎn)的溫度區(qū)間會由凈煙氣入口側(cè)向出口側(cè)偏移擴(kuò)大，如果偏移出ND鋼襯柔性搪瓷熱管區(qū)域到達(dá)ND鋼區(qū)域，就會造成腐蝕。

3　改造方案

3.1　增加定期離線沖洗

目前，設(shè)計(jì)的在線清洗裝置不能滿足沖洗需求，為控制原煙氣側(cè)熱管積灰，考慮增加定期離線沖洗系統(tǒng)。該廠三臺機(jī)組為兩用一備配置，每臺機(jī)組間隔三四個(gè)月會停機(jī)一次，因此增加定期離線沖洗是可以實(shí)現(xiàn)的。

3.2　更換熱管

根據(jù)現(xiàn)有腐蝕情況，將現(xiàn)腐蝕部分熱管更換，更換范圍為沿凈煙氣流向7～16排（共10排）的熱管元件，新更換的熱管元件采用ND鋼圓管和ND鋼螺旋翅片，凈煙氣側(cè)做柔性金屬搪瓷防護(hù)。

4　設(shè)計(jì)過程的優(yōu)化建議

4.1　應(yīng)對積灰問題的措施

對熱管式換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)使用場合和具體條件，采用最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，合理選擇熱管直徑、長度、翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)和翅化比，根據(jù)煙氣的含塵情況采用合適的翅片間距和管間距等。熱管式換熱器大多選用穿片或螺旋型纏繞片，對于高灰分的情況可以采用軸對稱單列縱向直肋翅片和釘頭管。

4.2　應(yīng)對低溫腐蝕問題的措施

控制排煙溫度，使排煙溫度高于露點(diǎn)溫度在20～30℃，保證熱管長期安全運(yùn)行。增設(shè)前置預(yù)熱器，提高進(jìn)入熱管換熱器的溫度，可有效防止露點(diǎn)腐蝕[5]。通過調(diào)節(jié)冷熱端的結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高熱管換熱器的最低壁溫，防止低溫腐蝕。改變熱管管材，采用耐腐蝕鋼如2205制造等。

5　結(jié)論

通過對某熱電廠在運(yùn)熱管換熱器現(xiàn)有問題的現(xiàn)場勘察、分析、改造，人們可以得出，目前，熱管換熱器在運(yùn)行中還存在積灰及低溫腐蝕的問題，它是實(shí)際運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況較大引起的。經(jīng)過改造，熱管式換熱器可滿足設(shè)計(jì)工況。在后續(xù)的設(shè)計(jì)中，筆者建議考慮一定的設(shè)計(jì)余量來提高熱管式換熱器對變工況的適應(yīng)性?？傊?，熱管式換熱器應(yīng)用于濕法煙氣脫硫系統(tǒng)是可行的。