GGH换热元件堵塞原因分析及解决措施探讨

万亨

(中环(中国)工程有限公司,江苏南京 210008)

GGH换热元件堵塞原因分析及解决措施探讨

万亨

(中环(中国)工程有限公司,江苏南京 210008)

分析了湿法脱硫系统中 GGH换热元件堵塞的原因及对系统运行的影响,并结合目前 GGH使用状况给出了解决措施,为脱硫系统安全运行提供参考。

烟气脱硫;GGH;堵塞

1 GGH换热元件堵塞的影响

在湿法烟气脱硫系统中,烟气先后两次通过GGH。当 GGH发生堵塞时,会对脱硫系统的安全性、经济性及电厂的环境保护产生不良影响。脱硫系统 GGH换热元件堵塞后,烟气阻力上升,GGH压差变大,脱硫升压风机出口压力增大,升压风机运行电流上升。如果堵塞情况严重,烟气系统阻力超过升压风机的最大出力时,会引起升压风机喘振或振动超标,造成升压风机跳闸,这样就对脱硫系统的安全、稳定运行产生了直接危害,同时威胁到锅炉及发电机组的安全。另外,为了防止 GGH换热元件出现堵塞,电厂会采取加大在线冲洗力度,增加高压水冲洗频率和离线人工冲洗时间等措施,大大提高冲洗成本。GGH换热元件堵塞后,脱硫系统烟气阻力增加,升压风机和 GGH运行电耗也相应增加,由于升压风机是高压电机,所消耗的厂用电较可观,运行费用增加。为了脱硫系统安全考虑,需要停运系统清堵,降低了脱硫装置的投用率,而且脱硫电价将被考核。脱硫系统阻力增大后,烟道旁路挡板门难以关闭运行,不能进行全烟气处理,烟气污染物排放超标,缴纳的 SO2排污费用增加。目前国家环保监察力度日益严格,尤其是 2010年 6月国家环保部发出了《关于火电企业脱硫设施旁路烟道挡板实施铅封的通知(环办[2010]91号)》,非紧急异常情况下开启旁路运行的方式将不被许可,因此主机运行会受到较大的影响。

2 原因分析

2.1 烟尘引起的堵塞

吸收塔出口净烟气处于饱和状态,并携带一定量的水分,经过 GGH净烟气侧时,烟气中水分使得加热元件表面比较潮湿。当换热元件旋转到原烟气侧时,虽然此处的温度较高,但在短时间内还不足以蒸发换热元件上所有水分,所以在 GGH原烟气侧特别是冷端,烟尘会粘附在换热元件表面。另外,烟尘具有水硬性,其中的 CaO可以激活烟尘的活性,与烟气中的 SO3以及浆液液滴相互反应,形成类似水泥的酸盐,随着运行时间的累积不断硬化,即使高压水也难以清除。脱硫系统入口烟气烟尘含量大时, GGH换热元件堵塞的更严重。

2.2 浆液携带引起的堵塞

吸收塔出口净烟气通过除雾器后,仍会携带少量浆液液滴,液滴在经过 GGH净烟气侧时沉积在换热元件表面。当原烟气和净烟气 GGH在换热元件两侧冷热交替通过时,沉积液滴所含部分水分蒸发,留下固形物质,并逐渐加厚结垢,与粉尘凝结时会形成类似水泥的酸盐,很难除去,最终堵塞换热元件的通道。特别是当吸收塔氧化不充分时,有过多的亚硫酸钙产生,含有亚硫酸钙的浆液液滴随烟气沉积在换热元件上形成的结垢更难去除。

2.3 不良的吹扫方式

在我国,早期脱硫系统的 GGH多采用压缩空气、高压水和低压水清洗等方式。脱硫 GGH吹扫方式过去多采用压缩空气法,效果较差。随着使用经验的增加,压缩空气吹扫逐渐为过热蒸汽吹扫所取代。压缩空气吹扫特点是:配备专用空气压缩机并确保吹扫压力要求,压缩空气吹扫压力为 0.8～0.9 MPa,吹扫流量 (600MW机组)为 30～55m3/min。过热蒸汽吹扫特点是:热焓值高,清灰效果相对较高;蒸汽来源多,无需专门生产;须确保吹扫的压力和温度;配置疏水系统,在吹扫前排净管道中残液,防止湿气进入 GGH。过热蒸汽吹扫压力 1.0～1.3 MPa,蒸汽温度一般在 300℃以上,以 600MW机组为例,吹扫流量为 1.2～2.2 t/h。两者吹扫时间均为 90～120min/次,吹扫次数 3～4次/天。目前,新建脱硫系统的 GGH多采用过热蒸汽吹扫系统,从吹扫效果来看,过热蒸汽优于压缩空气。

2.4 运行维护不当

运行操作中吹灰时间较短、吹扫冲洗周期间隔过长、吹扫压力过低或温度没有达到要求等均会造成 GGH换热元件堵塞。系统运行中缺陷没有及时发现,比如吹扫喷嘴堵塞导致流量过低、过热蒸汽温度过低含水量大、高压水管道或阀门泄漏造成冲洗压力低等也会引起 GGH换热元件堵塞。

2.5 紧凑型换热元件的负面效果

目前国内 GGH厂家生产的换热元件型式各不相同,但大多数元件型式属于紧凑型。紧凑型换热元件采用更为紧凑、复杂的形状,延长了烟气流经通路,并产生紊流,改善传热,从而提高了传热效率。但紧凑型换热元件更容易粘附固体颗粒,特别是经过 GGH的烟气湿度大、含尘量高,还含有浆液液滴时,在各种恶劣的工况条件下,紧凑型换热元件逐渐产生了易堵塞的负面效果。

3 解决措施

3.1 控制原烟气含尘量

控制原烟气含尘量是解决 GGH换热元件堵塞的源头控制方法之一,主要受脱硫系统外部因素的影响。首先,分析 GGH结垢成分,如果Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3是结垢的主要成分,则需要控制烟气含尘量。同时,根据脱硫系统和 GGH设计煤质参数,选择灰分适合的煤种,从源头控制烟气含尘量。一般情况下,燃煤灰分越高,其热值下降,单位负荷发电量就需要更多的燃煤量,在除尘效率不变情况下,进入 GGH的烟气含尘绝对量就会加大。其次,确保除尘设备正常运行,达到设计的除尘效率,并采取措施提高除尘器的收尘量,防止 GGH被动收尘,更杜绝将脱硫系统当除尘器使用。除尘器出口浊度仪或脱硫系统入口烟尘浓度仪是烟气含尘量在线监测的唯一手段,需要定期维护,确保分析仪器正常发挥效果,为烟尘浓度的实时监控、及时发现异常、及时采取措施创造必要的条件。

3.2 控制吸收塔浆液携带

控制吸收塔浆液携带量也可以减缓 GGH换热元件堵塞,主要受脱硫系统内部因素的影响。首先,分析 GGH结垢成分,如果 CaSO4、CaSO3、CaCO3是结垢的主要成分,则需要控制吸收塔浆液携带量。其次,检查除雾器的冲洗效果是否正常,除雾器工作效果变差,二次携带量过大,就会对 GGH造成很大的影响。部分电厂的脱硫系统出现除雾器部分坍塌的情况,扩大检查后都发现 GGH堵塞的也很严重。吸收塔浆液参数须控制得当。浆液密度不要过高,否则易加快除雾器表面结垢;浆液 pH控制在正常范围内,不能过高或过低,过高易结硬垢,过低易结软垢,都不利于除雾器表面的冲洗;吸收塔液位勿过高,否则浆液会从塔入口倒灌进 GGH内,直接导致GGH换热元件堵塞;注意吸收塔运行时浆液表层泡沫产生的“虚假”液位,防止浆液泡沫倒灌入 GGH。确保脱硫废水系统或吸收塔抛浆系统正常工作,保证浆液品质不恶化;烟气含尘量符合设计要求,飞灰在吸收塔浆液内沉积过多,不但会改变浆液物化性质,还会沉积在除雾器表面并加快结垢速度,对冲洗效果产生不良影响。

3.3 有效的吹扫方式

目前,过热蒸汽吹扫方式能较好的防止 GGH换热元件堵塞。如江苏某电厂 2×300MW机组配套烟气脱硫系统,采用一炉一塔的布置方式,每套脱硫系统安装有 1台 GGH,脱硫系统于 2006年初投入使用。经过两年多的运行,脱硫系统 GGH存在堵塞问题。2008年 6月,电厂停用 GGH压缩空气吹扫系统,从锅炉过热蒸汽吹灰母管上引入过热蒸汽对GGH进行吹扫。GGH过热蒸汽吹扫的运行参数主要是:设计压力 1.2～1.4MPa;设计温度 250～ 350℃;工作压力 1.0MPa;工作温度 300℃;平均过热蒸汽耗量 6～8 t/h(每台)。过热蒸汽吹扫每 8 h吹扫一次,每次约 40min。操作要求:先开疏水系统,通过热蒸汽至工作温度;再开吹灰器进口门进行吹扫;吹扫结束后,开疏水门,关吹灰器进口门,关蒸汽总门,待温度降到常温,最后关疏水门。GGH过热蒸汽吹灰系统改造后,实际运行效果明显改善。

3.4 规范运行工作

按照运行规程要求,定期进行 GGH吹灰操作,确保足够的吹灰时间、适当的吹灰周期间隔、合理的吹灰参数。当 GGH压差正常时,采用常规吹扫冲洗方式,如过热蒸汽吹扫;当 GGH压差比洁净时的压降增大到 1.3～1.5倍时,必须立即采用高压水冲洗;当 GGH堵塞严重时,或是可以机组停运时,则采用离线低压水冲洗,对 GGH换热元件进行彻底的冲洗。GGH运行过程中,监视 GGH原烟气和净烟气侧压差和各吹扫参数,及时发现异常和缺陷,及时记录和分析,及时通知检修单位处理。

3.5 加强维护管理

GGH吹扫冲洗装置发生缺陷如果不能得到及时有效处理,会致使 GGH换热器表面的积灰积垢无法及时吹扫而逐渐变硬、沉积、扩展,最终堵塞换热器。GGH的常见故障有以下几种:高压水冲洗水质不合格,杂质含量大,堵塞冲洗喷嘴;过热蒸汽不合格,压力过低,热焓值不足,吹扫力度不够;温度过低,含有水分,导致 GGH换热元件湿度过大,造成粘灰。吹灰器喷枪卡涩或动作失灵,吹扫冲洗不能覆盖全面;吹灰器管路泄漏,吹灰介质欠压欠流量;吹灰器喷嘴脱落,吹灰压力严重衰减,吹扫面不彻底。

3.6 更换换热元件

为了改善紧凑型换热元件的易堵塞状况,可以更换 GGH换热元件。换热元件的型式一般选择易通型。重新计算 GGH换热参数,涉及 GGH进出口烟温、GGH换热元件高度、换热元件面积、转子隔舱高度、换热单元布置等。目前,国内脱硫装置更换GGH换热元件的不多。2008年中国华电集团对 5家 GGH运行较稳定的电厂进行调研,结果显示,采用易通型换热元件的 3家电厂,人工停机冲洗 GGH周期最长 8个月,平均 4～5个月,另外 2家采用紧凑型 GGH,人工停机冲洗周期最长 7个月,平均 2～3个月。

4 结语

(1)GGH换热元件堵塞后,会对脱硫系统安全性、经济性以及在环境保护方面产生不良影响。

(2)GGH换热元件堵塞的主要原因有:吸收塔浆液携带;不良的吹扫方式;运行维护不当;紧凑型换热元件的负面效果等。

(3)在 GGH运行过程中,为防止其换热元件堵塞,应对原烟气含尘量进行有效控制;对吸收塔浆液携带进行有效控制;选用有效的吹扫方式;规范运行工作并加强维护管理。当然,考虑更换 GGH换热元件也是一种途径,但使用效果有待进一步证明。

[1]陶爱平,张立民,杨中彪,等.脱硫 GGH换热元件板型与堵塞关系分析[J].华电技术,2009,(9):75-78.

[2]梁昌龙,赵晨明.湿法烟气脱硫 GGH换热元件结垢问题探讨[J].电力环境保护,2009,25(4):38-40.

Analysis of effects caused by blocked elements of GGH ofwet FGD system

The reasons caused the blocked elements of Gas-Gas-Heater(GGH)in wet FGD system were analyzed.Its bad effects on system operation have been discussed.Moreover,it is discovered that some impo rtant form ations,such as fly ashes,slurry droplets,shape of elements and so on.Finally,based on the actual state of applicat ion,som e good measures are offered,which can be referred in the field.

FGD;Gas-Gas-Heater;block

X701.3

B

1674-8069(2011)03-040-03

2010-10-16;

2011-04-21

万亨(1979-),男,江苏南京人,助理工程师,本科,主要从事烟气脱硫脱硝项目管理及系统运营管理工作。E-mail:wanheng@gcl-eng.com