煙氣脫硫工程換熱器的選型研究

張俊

(華電四川發電有限公司內江發電廠，四川 內江 641005)

大氣污染屬煤煙型污染，粉塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）是我國大氣的主要污染物。二氧化硫導致人們呼吸道疾病，影響人類身體健康，同時形成的酸雨更是危害嚴重，嚴重的地方森林枯死、草地變黃、莊稼減產，危害著人類的生存環境。為了改善生存環境，作為主要二氧化硫排放源的燃煤電廠，安裝煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization簡稱"FGD"）裝置，降低二氧化硫排放量是很有必要的，也是必須的。

1 煙氣脫硫換熱器

煙氣脫硫換熱器作為FGD的主要設備，其工作原理是將除塵器出來的高溫煙氣經過降溫側降溫后送入脫硫塔進行脫硫，脫硫后出來低溫煙氣（45℃~55℃）經過升溫側升溫后經煙囪排放到大氣中。脫硫工程一般選用管式和回轉式兩種型式。

目前，煙氣脫硫的主流技術是石灰石-石膏濕法脫硫，濕法脫硫系統在吸收塔脫硫反應完成后，排煙溫度降至45℃~55℃。吸收塔出口含飽和水蒸氣的凈煙氣，主要成分為水蒸氣、二氧化硫、三氧化硫等酸性氣體。低溫下含飽和水蒸氣的凈煙氣很容易產生冷凝酸，具有很強的腐蝕性，因此煙氣脫硫換熱器在運行中表現出來的主要問題是腐蝕嚴重。在高硫煤地區，腐蝕問題已成為困繞石灰石-石膏濕法脫硫技術的一大難題。

2 換熱器的選型研究

某火電廠于2006年實施煙氣脫硫技改工程（以下簡稱本工程），機組燃煤為宜賓芙蓉無煙煤，設計燃煤含硫量為3%，灰分32.87%。但由于煤質變化較大，含硫量一般都在3.5%以上，灰分40%以上。

本工程采用二爐一塔方案，按照脫硫效率不小于95%，煤種設計含硫量3.5%（校核4.2%），灰分42%進行設計。由于脫硫后凈煙氣中SO2含量仍達到455－1200 mg/Nm3，煙氣腐蝕性較強。因此，為保證脫硫工程建成后能夠長期正常運行，在初步設計前對本工程換熱器的選型進行了研究。

脫硫換熱器分為管式及回轉式換熱器。

2.1 管式換熱器主要有水熱媒式換熱器、熱管換熱器、蒸汽換熱器型式。

2.1.1 水熱媒式換熱器

水熱媒式換熱器在國內的大型冶金行業應用較多（如寶鋼大型高爐），在國內電廠煙氣脫硫裝置中使用業績較少。

某電廠一期2×360MW機組（1991年投運）燃煤含硫量最高在5%左右，低時也在3.5%以上，脫硫系統采用三菱脫硫技術（填料塔），煙氣換熱器采用水熱媒式換熱器，換熱管件采用管箱式安裝方式。降溫段和升溫段原始設計采用日本原產鋼管（材質為CRIA，介于ND鋼和corten鋼之間的一種鋼材），但在使用4年后（1995年）更換。降溫段先后更換為搪瓷翅片管和ND鋼翅片管，由于搪瓷在翅片端部極難附著，運行時搪瓷脫落情況嚴重，導致管束腐蝕，而耐硫酸露點腐蝕用ND鋼（理論上耐蝕性能比普通碳鋼提高10倍以上），在珞璜一期使用中背風面仍受到嚴重腐蝕。升溫段采用普通碳鋼管，運行中泄漏部位在停機、小修時處理或解列局部管箱。每年小修中升溫段管箱均維修迎風面第1排管箱。（主要是將換熱管更換，因管箱架采用316L材質，仍繼續使用）。

3.1 拱棚架結構 考慮到耐用性及建造成本，采取水泥預制弧形支架對接組成拱形支架的方法搭建拱棚架。弧形支架截面10～12 cm×8 cm，預制時內置8#鐵絲4～6根，支架弧形長度約為直徑5.5 m圓周長的1/4，支架一端弧形70～80 cm取直。每個拱形支架由2個弧形支架對接組成，中間用鐵絲纏緊，形成拱形支架。拱形支架頂離地面高2 m，沿行向每隔8～10 m設置一拱形支架。選用12#鐵絲，分別在拱形支架兩側離地面垂直高度0.6 m、1.2 m、1.7 m和拱頂處順行向分別架設1道鐵絲，每行拱形支架上架設固定7道鐵絲，形成拱棚架，全園形成連體拱棚（如圖1所示）。

換熱管箱（搪瓷鰭片管）

圖為換熱器降溫段迎風面采用ND鋼翅片管，現場觀察，腐蝕情況輕微。

圖為換熱器降溫段背風面，現場觀察，腐蝕情況嚴重。

圖為換熱器升溫段迎風面更換的換熱管采用碳鋼翅片管，腐蝕情況較重，且沉積物較多。

圖為換熱器升溫段背風面現場維修管箱（換熱管采用碳鋼管，管箱支架采用316L材質）

吹灰系統原設計降溫段、升溫段均采用蒸汽吹灰器。目前降溫段已改為燃氣爆炸吹灰，現場觀察，降溫段換熱管間積灰較少；升溫段依然采用蒸汽吹灰，現場觀察，翅片管間沉積物較多。換熱管件原設計均未設水沖洗，運行中采用停機時頂部人工沖洗方式。

某電廠二期2×360MW機組采用三菱技術，（80%煙氣量脫硫）煙氣換熱器采用水熱媒介質換熱器。降溫段采用采用ND鋼光管，升溫段采用碳鋼翅片管，安裝方式同鍋爐省煤器，采用蛇形管屏，現場焊接安裝。但換熱管的腐蝕較為嚴重，且采用的布置形式給檢修造成困難，吹灰系統降溫側采用燃氣爆炸吹灰器，升溫側采用蒸汽吹灰器。

2.1.2 蒸汽換熱器

某電廠脫硫系統在煙氣出口采用蒸汽換熱器，管材采用特富瓏涂層鋼管，實際運行中存在涂層脫落情況，腐蝕嚴重。目前國內無同類管材供應，且造價較高。

2.2.3 熱管換熱器

熱管換熱器具有傳熱效率高、運行能耗低、系統簡單、腐蝕損害小（管束分組多，相互影響小）的特點。由于熱管一般采用垂直安裝形式，有利于防止粉塵的附著和粉塵清除，因此在化工、冶金行業運行業績較好。但對于大型設備存在檢修維護上的缺陷（主要為垂直吊裝的高度問題）。

3 本工程的特點

3.1 工況煙氣量較大

在標態、干基時，煙氣量為2×960000 Nm3/h （α＝1.65）；在標態、濕基時，為 2×1020000 Nm3/h（α＝1.65）。如采用管箱式水熱媒管式換熱器，單側換熱面積將達到10000m2以上，單側換熱器尺寸為17×12×6m（高×寬×厚），因此熱媒水管式換熱器的場地安裝及檢修占地較大。

3.2 場地狹窄

本工程建設場地為搬遷后的制氫站及外移防洪堤后的河灘地，場地狹窄，制漿系統和脫硫系統分別布置在沉渣池兩側。安裝、檢修時大型吊裝作業困難。

結語

工程設計期間，邀請專家對本工程煙氣換熱器進行了方案論證。專家均認為：盡管水熱媒管式換熱器在清理積灰、防止腐蝕時有一定的優勢，但就本工程而言，存在以下問題：⑴合同要求的材質不能滿足長期穩定運行的需要，造成今后運行維護費用過高；⑵在現有的場地條件下，不利于水熱管式換熱器的檢修；⑶缺乏有經驗的供應商，對工程質量的影響很大；⑷在煙氣量較大的情況下，從檢修、布置上考慮，水熱媒管式換熱器適用性較差。

對于回轉式換熱器，盡管堵灰的可能性較大，但可以通過以下措施解決；⑴ 選用滿足一定余量要求的回轉式換熱器，加大設備型號規格，結構形式采用圍帶式驅動方式；⑵和生產廠家密切配合，降低換熱器換熱波型板高度、增大間隙，有利于清灰和降低運行阻力；⑶ 設置上下兩側蒸汽吹灰器，增加一套乙炔脈沖吹灰裝置作為備用設施；⑷ 進一步強化設備防腐性能，保證設備的長期穩定運行；⑸ 風機選型過程中考慮煙氣中灰份高的特點，考慮一定的GGH堵灰后造成阻力增加，合理選擇風機風壓參數；⑹ 吸收塔設計時選擇合理的煙氣流速，煙氣除霧器布置上適當增大與噴淋層之間的高度，使出口凈煙氣帶水符合保證值的要求。

根據研究結果及專家意見，本工程換熱器選用了上海鍋爐廠有限公司產品：回轉式煙氣換熱器（GGH）1-33.5-V-500SBWL。通過電除塵器增效改造降低了FGD入口煙氣粉塵濃度，增加了離線高、低壓沖洗水系統。

本工程投運后在石膏排出泵的出口設置一條漿液拋棄管道，作為FGD的拋漿系統，以備脫硫系統漿液品質惡化時啟用，防止漿液起泡、液位虛高溢流對GGH換熱元件造成結垢堵塞。同時采取根據負荷變化及時調節增壓風機導葉開度、控制煙氣流速、減少凈煙氣帶水、控制吸收漿液pH值及塔漿液中的碳酸鹽含量、防止吸收塔漿液由原煙道進入GGH系統、嚴格控制吸收塔漿液品質，定期進行GGH各壓力測點的檢查、巡視工作嚴格、控制GGH進、出口差壓、分析掌握GGH結垢規律，確定經濟合理的吹掃周期和吹掃時間等合理的運行方式，有效降低換熱元件的結垢堵塞現象，經過多年的運行驗證，本工程回轉式換熱器堵灰問題得到了解決，運行情況良好，本工程換熱器選型研究獲得了成功。

[1]傅文玲，胡秀麗.煙氣脫硫系統回轉再生式煙氣換熱器清洗裝置使用效果探討[J].熱力發電，2006（03）.

[2]DL/T5032-2005，火力發電廠總圖運輸設計技術規程[S].

[3]楊颶。二氧化硫減排技術與煙氣脫硫工程[M].北京：冶金工業出版社，2004.