脱硫装置换热元件堵塞治理改造

向丽晖

神华国华北京热电分公司 北京市

一、概述

国华北京热电分公司1#机组于2003年安装了石灰石/石膏湿法烟气脱硫装置，其烟气换热器（GGH）选用上海锅炉厂生产的29.5-V-25SMR型两分仓回转式换热器，传热元件由表面涂优质耐热搪瓷的薄钢板制成，转子构件采用Corten材料。清洁装置选用上海克莱德公司生产的半伸缩式吹灰器，在原烟气冷、热端各安装1台。吹灰介质采用压缩空气和高压水，正常运行时用压缩空气吹扫，GGH差压高时用高压水在线冲洗。

2010年检查发现1#机组脱硫GGH换热元件搪瓷损坏、换热片基体腐蚀、换热片厚度由1.5mm增至1.8～4mm，换热片单片厚度增加20%～167%，烟道通流面积减小。从机组负荷运行情况看，GGH阻力随着负荷的增加进一步升高，最高达到1.5kPa，高压水冲洗效果差，GGH换热性能下降，导致增压风机电耗增大，振动增大，严重影响了风机的寿命。另外，元件堵后转子的热变形量及不平衡量大，对扇形板和密封片的磨损增大，并且由于转子的倾斜力加大，导向轴承、推力轴承易产生偏面磨损，转子热变形量和倾斜力的作用对传动围带磨损大，易出现传动齿轮与围带咬齿、驱动器负荷过大等问题，给脱硫系统烟道及增压风机的运行带来不安全因素。因此，如何降低GGH运行阻力、提高脱硫系统运行的可靠性经济性是必须解决的问题。

二、GGH换热元件堵塞原因及危害

根据1#机组脱硫GGH运行参数及现场设备的具体情况，进行原因分析。

1.GGH堵塞原因分析

造成GGH结垢的因素是多方面的，其中有设计、设备和运行等方面。热电分公司锅炉原设计煤种为大同煤，后改为神华煤和准格尔煤按7∶3混烧；后又陆续进行了SNCR和SCR脱硝改造，经分析存在氨气逃逸现象。由于设计煤种的改变及脱硝的投入，加之1#机组GGH换热元件本身设计存在问题，造成了GGH的堵塞。

（1）GGH设计不合理。1#机组脱硫GGH是上海锅炉厂引进美国ALSTOM技术在国内生产的第二台脱硫GGH，在GGH换热元件的选型方面缺乏经验，选择了适用于锅炉空气预热器的DNF波形的换热元件，该换热元件换热效率高，但该波形定位板和波形板均设计有斜纹和平纹，且斜纹深度较大，造成烟气通流面积减小，波纹底部容易留存积灰且难以清除，GGH换热元件容易发生堵塞、积灰，造成GGH运行阻力偏高。

（2）原烟气飞灰沉积。经过除尘处理的烟气，仍然携带有大量的飞灰，这些飞灰的主要成分是SiO2、AL2O3、Fe2O3等。原烟气经过GGH时，烟气中的飞灰会在换热片上沉积，尤其当GGH从净烟气回转至原烟气侧时，换热片表面可能处于湿润状态，这样更有利于飞灰的沉积。2004年前后，分公司对锅炉进行增容改造，锅炉由410t/h增容为450t/h，原烟气量增大，同时锅炉空气预热器漏风率较大，使得飞灰浓度曾高达5%，因此造成GGH换热元件上飞灰的沉积。另外，由于神华煤CaO含量偏高，引起飞灰黏性增大，易粘附于换热元件表面造成结垢。

（3）净烟气携带浆液。烟气经过与浆液的接触脱硫后，不可避免的携带大量的液滴，这些液滴主要成分是CaSO3·1/2H2O和CaSO4·2H2O。当烟气经过除雾器时，虽然大部分被除雾器除掉，但仍有部分液滴穿过除雾器进入下游系统，当这些液滴经过GGH时，会吸附于换热片表面，这样换热片回转至原烟气侧时，在原烟气的高温下，吸附于换热片表面的浆液水分快速蒸发，CaSO4·2H2O析出并粘附于GGH换热片上。携带浆液中的CaSO3·1/2H2O在烟气中或粘附于GGH表面后，会在净烟气氧的作用下部分或全部氧化形成CaSO4·2H2O，另外，CaSO4·2H2O在原烟气的高温下会部分失去结晶水而变成CaSO4。

（4）吹扫系统问题。GGH正常吹扫系统为蒸汽吹灰器，另外配有流量100L/h、压力11MPa的高压冲洗水（两台GGH共用）。存在的问题：①内部中心筒处有吹扫盲区，降低了换热元件使用寿命；②高压冲洗水泵出口至滤网前管路为碳钢材料，长时间运行引起腐蚀，产生锈蚀物，易造成喷嘴堵塞；③空压机吹扫高压水管路时，空压机内部管路产生的锈蚀物进入高压水管路易造成喷嘴堵塞。

2.GGH结垢、堵塞的危害

（1）对GGH设备的影响。由于原烟气侧是向上的正压，净烟气侧是向下的正压，压降过大影响转子的不平衡。由于转子倾斜力加大，导向轴承、推力轴承易产生偏面磨损，转子热变形量和倾斜力的作用对传动围带磨损大，易出现传动齿轮与围带咬齿、驱动器负荷过大等。

（2）对增压风机的影响。GGH结垢、堵塞会引起烟气流通阻力增大,增压风机出力增大，能耗增大；结垢、堵塞严重时会引起增压风机振动大，甚至产生喘振现象或损坏增压风机，影响风机寿命并威胁到机组的安全运行。

（3）对防腐层的影响。GGH结垢、堵塞会造成换热元件的传热效果差，即净烟气出口温度可能达不到设计排放温度，容易造成烟道腐蚀损坏；原烟气进入吸收塔的烟温升高，造成吸收塔的耗水量增大或损坏吸收塔进口段的防腐层，威胁到脱硫系统的安全运行。GGH换热面结垢严重，阻力过大时，GGH必须停运清洗，直接降低了脱硫系统的投运率。

（4）对换热效率的影响。GGH换热面结垢后，污垢的导热系数比换热面上的防腐镀层的导热系数小，热阻大于清洁表面，造成换热效果差，随着结垢厚度的增加，热阻不断增大，高温的原烟气热量不能被GGH的换热元件充分吸收，使进入吸收塔的烟气温度升高，不利于石灰石浆液的吸收，并导致换热元件蓄热达不到设计值。

三、堵塞治理改造

1.换热元件改造

为降低GGH运行阻力、提高脱硫运行的可靠性，分公司于2011年4月对1#机组脱硫GGH换热元件进行了更新改造，换热元件由原先DNF型更换为大通道L型波纹板，此波形平坦，而且板与板之间为点接触，冲洗介质易到达整个传热元件，使石膏等物无法残留，不宜引起堵塞。根据GGH参数、实际状况及改造要求，对其重新进行热力计算，以确定新换热元件的规格（包括高度、面积、温度量等）。

GGH换热元件更新改造后5个月，利用机组停备机会进入内部检查换热元件，发现运行情况良好，基本无结垢情况。

2.高压水冲洗系统改造

GGH高压水泵出口管至出口滤网前管路材料为碳钢，经长时间运行，管路产生锈蚀，个别小直径碎屑经滤网进入冲洗管道进而造成喷嘴堵塞，因此，把一、二单元GGH高压冲洗水泵入口滤网至出口滤网前的碳钢管全部更换为不锈钢管。另外，在GGH高压水喷嘴吹扫阀前加装一个过滤器，防止空压机内部及空气吹扫管路内的锈蚀物进入高压冲洗水管路，降低了管路锈蚀物堵塞高压水喷嘴的概率。

四、改造效果

1#机组GGH换热元件改造前后机组满负荷运行时参数比较见表1。

（1）改造后锅炉满负荷运行条件下，GGH单侧阻力270Pa（设计＜500Pa）、净烟气出口温度达到89℃（设计＞80℃）。脱硫GGH阻力、净烟气出口温度均达到设计值，保证了脱硫系统的安全稳定运行。由图1可看出，GGH烟气出入口差压在改造前后变化较大。

（2）改造后增压风机电流由157A降至96A，增压风机每小时运行耗电下降550kW·h，日节电13200kW·h，按0.4768元/（kW·h）计算，日节电费用6294元。

（3）一单元脱硫GGH换热元件改造投资190万，按脱硫1年运行340天计算，年节约电费214万元，1年内可收回改造投资。

（4）使用高效防腐元件，可大大延长更换周期，减少电厂长期投入的检修费用，正常情况下，GGH保证寿命为10年以上，如运行得当，寿命会更长。

（5）通过设备改造及运行优化，减少了脱硫设备的积灰、结垢、腐蚀情况，减少了设备维护费用。

表1 GGH换热元件改造前后参数比较

图1 改造前后原烟气出入口压差曲线图

从改造后的实际运行情况看，GGH出口净烟气温度、GGH运行阻力均达到设计值，解决了脱硫系统入口压力反正、GGH运行阻力高等问题，消除了增压风机喘振的风险，提高了脱硫系统运行的可靠性，降低了脱硫系统停运、SO2排放超标等造成环境污染的风险。

1 杨勇平，孙志春，龙国军，等.湿法脱硫系统结垢物清洗技术研究[J].热力发电，2010.39（9）:45～51

2 梁昌龙.湿法烟气脱硫GGH换热元件结垢问题探讨[J].电力建设.2009.30（8）:113～116

3 倪迎春.电厂GGH积灰结垢的原因分析与处理措施[J].电力科学与工程，2010，26（8）:61～64