热媒水管式烟气换热器在电站脱硫系统中的应用

童家麟, 方 磊， 郑建平， 张 明

(国网浙江省电力公司电力科学研究院， 杭州 310014)

热媒水管式烟气换热器在电站脱硫系统中的应用

童家麟, 方 磊， 郑建平， 张 明

(国网浙江省电力公司电力科学研究院， 杭州 310014)

针对气-气换热器(GGH)运行中存在压差高、易堵塞等缺陷，提出热媒水管式烟气换热器(WGGH)技术，以某超超临界机组增设WGGH系统为研究对象，比较了WGGH系统设置的技术利弊。结果表明：WGGH较GGH可以降低厂用电率，且能提高脱硫系统的可靠性，从而保障了机组的经济效益和社会效益。

燃煤火电机组； 烟气脱硫； 气-气换热器； 可靠性

随着我国对火电环保要求的日趋严格，新建火电机组都要求同步增设脱硫、脱硝装置，以达到烟气污染物的超低排放。烟气脱硫方法基本是以石灰石/石膏湿法脱硫为主，为了使烟囱出口排烟温度大于其露点温度，对国内大多数湿法脱硫装置，均配置有净烟气加热器，而绝大多数都采用了回转再生式原烟气/净烟气换热器(GGH)，以提高烟气温度[1]。脱硫系统GGH处于一个比较复杂、恶劣的环境，较易出现堵塞问题，严重影响了脱硫系统的正常运行。

目前国内300～1 000 MW机组大多采用GGH的脱硫系统，而GGH几乎是整个脱硫系统最大的故障点，在运行中的问题主要表现在以下几个方面：

(1) 换热元件较易出现堵塞、结垢现象，导致GGH阻力增大，严重时导致脱硫系统停运。

(2) 换热元件低温区烟气温度较低，甚至低于硫酸的露点温度，较易发生低温腐蚀。

(3) 回转式GGH泄漏率较大，容易造成原烟气向净烟气泄漏，降低了脱硫系统的脱硫效率[2]。

针对GGH在实际运行中的缺陷，笔者提出一种新的换热器，即热媒水管式烟气加热器(WGGH)，用以克服GGH存在的不足，该设备在某新建工程的应用中效果良好，没有明显地出现积灰结垢现象，可以为同类型机组脱硫系统改造提供借鉴和参考。

1 研究对象概况

某新建工程2台1 030 MW机组为国产超超临界燃煤机组，每台机组配置有一套脱硫系统，采用石灰石/石膏湿法脱硫工艺，使排放的净烟气含硫质量浓度降至35 mg/m3，远低于新建工程100 mg/m3的排放标准[3]。脱硫系统采用了取消旁路、增压风机和GGH的设计，使用联合风机形式，在吸收塔进口设置有两级事故喷淋装置，以防止高温烟气损坏吸收塔及烟道。

该工程设置有WGGH以提高烟囱出口烟气温度，防止烟囱低温腐蚀。WGGH的换热形式为烟气-水换热器，原烟气放热器(WGGH降温段)布置在锅炉引风机出口与脱硫塔进口之间烟道上(每台炉1套)；净烟气加热器(WGGH升温段)布置在湿式电除尘出口与烟囱之间的烟道上(每台炉2套)。WGGH的原烟气降温段通过热媒介质将锅炉引风机出口烟气热量回收，通过净烟气加热器传递给湿式静电除尘器出口的低温烟气。热媒介质采用除盐水，闭式循环，增压泵驱动，热媒辅助加热系统采用辅助蒸汽加热，其原则性热力系统图见图1。

图1 WGGH原则性热力系统

锅炉引风机出口烟气进入原烟气放热器，由热媒水回收热量提高水温，在THA工况下，热媒水吸热后温度升高到100 ℃左右，进入净烟气加热器；净烟气吸热后烟气温度达到78 ℃以上进入烟囱，烟囱出口处的白雾现象能够基本消除；放热后的热媒水温度不低于70 ℃，通过热媒增压泵增压后再进入现有原烟气放热器，热媒水形成闭式循环。热媒水来源为凝结水。在锅炉低负荷时，采用热媒辅助加热系统对热媒水进行加热，以保证净烟气再热器出口烟气温度不低于72 ℃。

当原烟气温度小于循环泵出口水温时，热媒水不经过原烟气放热器，防止热媒水对原烟气放热，使得高温烟气损坏吸收塔及烟道。随着原烟气温度逐渐升高，应及时将热媒水走向切换至经过原烟气放热器，以降低原烟气温度、节省辅助蒸汽用量。

WGGH原烟气放热器壁面温度较低，较易积灰、结垢，因此在原烟气放热器设置有吹灰系统，吹灰汽源来自辅助蒸汽，吹灰压力为0.8～1.3 MPa，而目前GGH吹灰器气源多为压缩空气，其压力仅为0.5 MPa。吹灰压力的提高，可以改善吹扫效果，将附着在换热面上的烟尘及时清除[4]。

2 WGGH效益分析

2.1 降低厂用电率

GGH换热元件较易堵塞，堵塞后元件压差增大，烟气阻力上升，同类型机组运行一段时间后，GGH压差高达1 800 Pa以上。WGGH系统设计压差仅为800 Pa，且在机组调试期间，压差并没有明显增大，说明WGGH系统有良好的防堵塞性能。图2给出了满负荷下压差分别为800 Pa和1 800 Pa的引风机的工况点。由图2可知：脱硫系统阻力增大，引风机动叶开度变大，效率有所提高，但两个工况下效率相差并不大，压差为800 Pa时引风机效率为46%，压差为1 800 Pa时引风机效率为55%；风机需克服的阻力加大，两个工况下，风机轴功率相差达290 kW。综上所述，随着脱硫系统压差的减小，引风机轴功率降低，厂用电率随之降低。

1-v1=747.7 m3/s,Y=13 288.0 J/kg,p=11 974 Pa, ρ=0.863 kg/m2;2-v1=673.6 m3/s,Y=11 684.0 J/kg,p=10 750 Pa, ρ=0.885 kg/m2;3-v1=654.2 m3/s,Y=10 803.0 J/kg,p=9 978 Pa, ρ=0.891 kg/m2。

2.2 减少吸收塔耗水量

由文献[5]可知，GGH结垢严重时较运行良好时，脱硫系统耗水量增加约30 t/h。WGGH良好的防结垢性能，使得原烟气在较长时间内可以得到有效降温，从而减少了吸收塔的耗水量。尽管WGGH自身需要除盐水作为介质进行换热，但长时间的运行结果表明，其补水量很少，远低于烟气温度上升带来的耗水量增加。

2.3 提高系统安全性

GGH压差变大还可能造成风机喘振。如果脱硫系统结垢特别严重，将导致烟气通流量减小，引风机出口压力升高。由图2可知，这会使得风机的工况点向左上方移动，进入风机失速区，极易造成引风机跳闸，对机组的正常运行造成影响。GGH的结垢还会造成脱硫吸收塔入口温度的增加，严重时会损坏吸收塔内部的设备，同时也会影响吸收塔内的化学反应的效果；而WGGH系统可以有效地防止换热面结垢，从而提高了机组运行的安全性，社会效益也随之大幅提升。

3 WGGH存在的风险及运行调整

虽然WGGH系统较传统GGH系统优势非常明显，但其作为一种新的换热系统，所带来的风险也不容忽视：(1)系统未设置旁路挡板，若WGGH两侧压差增大，会引起引风机负荷增加，甚至引起引风机跳闸；(2)系统设备增加，可能会给机组的安全运行带来隐患；(3)需准确控制热媒水温度，确保净烟气换热器烟气出口温度大于烟气酸露点温度，防止烟囱腐蚀；(4)系统设备增多，给机组除盐水系统、抽汽系统带来影响。

为确保WGGH系统的安全运行，在运行调整方面采取如下措施：

(1) 系统刚投入时，对机组其他系统的正常运行会产生一定的影响，故需加强对除盐水系统、抽汽系统等的监视。

(2) 正常运行中保证吸收塔浆液pH值、密度在正常值内，减少烟气携带液滴现象，且合适的pH值使脱硫产物是溶解度较大的Ca(HSO3)2，有较高的脱硫效率，不易结垢[6]，防止对净烟气再热器的腐蚀。

(3) 正常运行时加强对原烟气换热器的吹灰，保证吹灰蒸汽压力大于1.0 MPa。严密监视WGGH系统压差，发现差压异常升高，及时消除缺陷，以保证机组的稳定运行。

(4) 保证原烟气换热器、净烟气再热器出口烟气温度均在合理的范围内，壁面对吸收塔的破坏和对烟囱的腐蚀。

(5) 确保热媒水pH值>10，防止对换热面造成腐蚀。

通过不断实践，及时发现热力系统和控制逻辑存在的问题，系统的风险在可控范围之内。

4 结语

WGGH系统作为一种新的换热系统，尽管存在一定风险，但是其优势非常明显：

(1) 脱硫系统烟气阻力直接影响到机组的厂用电率。该1 030 MW机组当设置WGGH时较设置GGH可降低单台引风机轴功率290 kW，按年利用小时5 500 h计算，4台引风机降低电耗6.38 GW·h。

(2) 有效地解决了GGH系统存在的结垢问题，降低了脱硫工艺水耗量，增加了脱硫系统的投入率，社会效益显著提高。

[1] 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.

[2] 彭大为,舒少辛,王义兵,等. 脱硫系统GGH应用方案设计初探[J]. 中国电业：技术版,2012(2):52-55.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB 13223—2011 火电厂大气污染物排放标准[S]. 北京：中国环境科学出版社，2011.

[4] 赵景辉. 脱硫GGH可调频高强声波吹灰器研究[J]. 华北电力技术,2013,34(8):27-30.

[5] 禾志强,祁利明. 石灰石/石膏法脱硫体统GGH堵塞解决措施[J]. 电站系统工程,2009,25(5):18-20.

[6] 马磊,沈汉年,赵立冬. 石灰石/石灰湿法烟气脱硫结垢的机理及控制[J]. 工业安全与环保,2007,33(9): 19-20.

Application of WGGH in Flue Gas Desulfurization System of Power Plants

Tong Jialin, Fang Lei, Zheng Jianping, Zhang Ming

(Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Company,Hangzhou 310014, China)

To overcome the deficiencies of high pressure difference existing in the gas-gas heater (GGH) that is easy to be blocked, the technology of water medium heat pipe gas-gas heater (WGGH) was proposed. Taking an ultra supercritical power unit as an example, technical advantages and disadvantages were compared for the unit before and after installation of WGGH. Results show that compared with GGH, WGGH can help to lower the auxiliary power consumption rate and improve the reliability of flue gas desulfurization system, thus ensuring the economy and social benefit of the unit.

coal-fired power unit; flue gas desulfurization; gas-gas heater; reliability

2014-11-07

童家麟(1986—)，男，工程师，主要从事电厂调试、性能优化等工作。

E-mail: tongjialing@126.com

X701.3

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1671-086X(2015)04-0294-03