煙氣換熱器蒸汽吹掃系統改造分析

郭浩杰，宋海燕

(望亭發電廠，江蘇 蘇州 215155)

1 問題的提出

望亭發電廠#11機組于1996年12月投產，額定容量為310 MW。#11機組煙氣脫硫系統采用美國MET的石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝(WFGD)，一爐一塔配置，設增壓風機和煙氣換熱器(GGH)，3層漿液噴淋系統，在設計硫分(0.8%)下脫硫效率應達到95%，該系統于2006年8月投產。

GGH為二分倉中心驅動形式，建設時配有1臺吹灰器和1臺高壓沖洗泵。吹灰器布置在GGH原煙氣側上部，迎著煙氣向下吹掃，蒸汽和高壓水共用1根槍管，通過PLC選擇邏輯實現蒸汽吹掃和高壓水沖洗的切換。在正常運行中，每4 h必須進行1次蒸汽吹掃，蒸汽來自全廠備汽系統，壓力控制在0.8～1.0MPa，但溫度僅有180℃左右;每半月進行1次高壓水沖洗，壓力控制在10.0MPa。由于設備使用頻率較高，運行中經常發生故障。由于蒸汽吹掃和高壓水沖裝置共同安裝在1根外套槍管內，在吹灰器運行時，蒸汽管與高壓水管因頻繁摩擦造成高壓水管破裂，經常導致高壓水沖洗系統無法正常工作。

脫硫系統投運后，一直為GGH堵塞問題所困擾，堵塞周期長則半年，短則兩三個月，嚴重影響了脫硫系統運行的可靠性和經濟性。GGH堵塞后，增壓風機出口壓力升高、電耗大幅上升，因而出現旁路擋板正壓保護開啟、增壓風機失速等異常現象，嚴重時甚至被迫降低機組出力。在這種情況下，必須申請停爐后對GGH進行人工沖洗，影響了發電機組的正常發、供電。因此，研究合理的改造方案，改善GGH的堵塞情況，對脫硫系統及機組的安全、經濟運行具有重大意義。

2 系統改造及效果分析

2.1 GGH堵塞的原因

脫硫系統中GGH的堵塞摻和了多個復雜的過程，包括物理積灰、化學結垢及運行調整等。

進入脫硫系統的原煙氣中含有一定量的煙塵，包含 SiO2，Al2O3，CaO，MgO，SO3等物質，通過 GGH時，會逐步吸附在GGH換熱元件上而積灰。積灰經過吸收塔脫硫后的凈煙氣為飽和水汽，通過GGH時，部分水蒸氣凝結為水附著在GGH換熱元件上，更容易導致煙塵的黏附和沉積［1］。另外，煙氣中的SO3會與 CaO，MgO反應生成難溶于水的 CaSO4，MgSO4，成為堅硬而難以分離的垢附著在換熱元件上。所以，降低煙塵含量，是緩解GGH堵塞的重要手段。但即便電除塵設備除塵效率能達到99.5%以上，依然無法杜絕煙塵進入脫硫系統，從這個層面上講，GGH的結垢堵塞幾乎是不可避免的。

望亭發電廠#11鍋爐電除塵設備由于使用年限已久，設備老化、性能下降、除塵效果較差，石灰石－石膏濕法脫硫(FGD)系統入口煙塵質量濃度已遠遠超過了200 mg/m3的最大值，為GGH的積灰及堵塞提供了溫床［2］。另一方面，GGH吹灰蒸汽溫度低，若不能及時清除換熱元件的積灰，必將導致GGH頻繁堵塞。

原GGH吹灰器選用單槍吹灰且蒸汽品質較低。GGH吹灰蒸汽設計壓力為0.8 MPa，溫度為270℃，在實際運行中，吹灰蒸汽溫度僅有180℃左右，0.8 MPa壓力下蒸汽的飽和溫度為170.4℃，蒸汽從噴嘴噴出后經過膨脹和降溫，已經成為飽和水蒸氣，不但達不到良好的吹灰效果，而且可能使GGH換熱元件更加潮濕而更易積灰。

GGH設計不合理。望亭發電廠安裝的GGH為豪頓華早期產品，為確保排煙溫度達到80℃以上，換熱元件選用緊湊型小波紋，造成煙氣通流面積減小，GGH換熱元件容易發生堵塞，特別是靠近中心的三倉堵塞尤為嚴重。

2.2 改造方案

雖然GGH堵塞幾乎是一個不可逆轉的過程，但若能將GGH的堵塞周期延長、控制壓差上升的速度，使其在機組小修周期內正常運行，即可基本滿足生產需求。若要防止GGH堵塞，一方面要考慮提高電除塵效率，另一方面是通過系統改造，改善GGH蒸汽吹掃的效果。

GGH蒸汽吹掃效果差主要是因為蒸汽的能量不夠，包括動能和內能。當前吹灰蒸汽的壓力能夠達到0.8 MPa的設計值且有一定的余量，咨詢了GGH制造商之后，決定將吹灰蒸汽壓力提高至1.0 MPa;內能則主要取決于吹灰蒸汽的溫度，1.0 MPa的蒸汽對應的飽和溫度為180℃，考慮蒸汽從噴嘴噴出后有30～50℃的溫差損失且要使GGH換熱元件表面保持干燥，需保證蒸汽有50℃的過熱度，故至少應將吹灰蒸汽溫度提高至260℃以上。基于以上幾點，望亭發電廠決定將GGH吹灰蒸汽汽源由全廠備汽系統改接至#11機組高壓排汽，高壓排汽正常運行時的壓力為2.6～3.2 MPa，溫度為320℃左右，通過調壓閥減壓后進行吹灰。

由于現有吹灰器蒸汽和高壓水共用1根槍管，磨損大、故障多、維修困難，在改造中對吹灰器進行了改型，將高壓水和蒸汽分開，各自配備1根槍管，互不影響。此外，一般規定當GGH換熱元件高度達到500mm時，必須安裝上、下2臺吹灰器，以提高吹灰效果，而#11機組脫硫系統GGH換熱元件高度為450 mm，故僅配備了1臺上部吹灰器。雖然換熱元件高度未達到500 mm，為了改善蒸汽吹掃的效果，進行吹灰汽源改接的同時，在GGH原煙氣側下部加裝1臺蒸汽吹灰器。

改造后的系統結構如圖1所示。

圖1 GGH蒸汽吹灰系統

2.3 效果分析

改造方案在2010年5月機組大修時得以實施，改造后，下部吹灰器和上部吹灰器輪流吹灰，上、下各1次為1個周期，每班至少吹掃2個周期，在線高壓水沖洗則仍按原規定每月沖洗1次，沖洗完畢后，立刻使用蒸汽吹掃，以盡量保持GGH換熱元件表面干燥。改造后蒸汽吹掃的實際溫度提高至250℃上下，最高達到270℃，吹掃壓力維持在1.0 MPa左右。吹灰的各項參數見表1。

表1 吹灰參數

改造后，脫硫系統于6月18日與機組同步投運，一直運行到2011年3月26日機組小修。在此期間，2010年9月30日因機組調停，脫硫系統隨機停用，打開GGH后，發現換熱元件通道基本暢通，表面只有少許積灰，與改造前相比，有明顯改觀。改造前運行3個月的GGH如圖2所示，改造后運行3個月的GGH如圖3所示。

#11機組于2009年5月小修，運行至2010年2月，機組因GGH堵塞調停2次進行人工沖洗(2009年11月和2010年2月)，滿負荷(300 MW)時增壓風機電流和GGH壓差的變化趨勢如圖4所示。

圖4 改造前運行10個月GGH壓差變化趨勢

2010年5月至2011年3月(2010年10月隨機組調停，雖然壓差不高，但也對GGH進行了離線清洗)，機組滿負荷時GGH壓差和增壓風機電流的變化趨勢如圖5所示。

圖5 改造后運行1年GGH壓差變化趨勢

從以上趨勢圖可以看出，在同等負荷下，系統改造后GGH壓差上升速度明顯降低，增壓風機運行電流很穩定，堵塞周期從原來的3個月左右提高至半年以上，改造取得了預期效果。

3 結束語

蒸汽吹掃系統改造后，經過10個月的運行證明，通過提高GGH吹灰蒸汽溫度和加裝下部吹灰器，GGH蒸汽吹掃的效果有了很大的改觀，GGH壓差的上升趨勢得以緩解，減輕了因其堵塞帶來的沉重壓力。但此舉仍不能從根本上解決GGH堵塞的難題，還需進行更深入的研究和探討，并在實踐中摸索更為有效的方案。

［1］周至祥，段建忠，薛建明.濕法煙氣脫硫工藝技術全程控制指導手冊［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］趙紅文.脫硫系統煙氣換熱器堵塞原因分析及對策［J］.華電技術，2010，32(5):71 －73.