脫硫裝置換熱元件堵塞治理改造

向麗暉

神華國華北京熱電分公司 北京市

一、概述

國華北京熱電分公司1#機(jī)組于2003年安裝了石灰石/石膏濕法煙氣脫硫裝置，其煙氣換熱器（GGH）選用上海鍋爐廠生產(chǎn)的29.5-V-25SMR型兩分倉回轉(zhuǎn)式換熱器，傳熱元件由表面涂優(yōu)質(zhì)耐熱搪瓷的薄鋼板制成，轉(zhuǎn)子構(gòu)件采用Corten材料。清潔裝置選用上海克萊德公司生產(chǎn)的半伸縮式吹灰器，在原煙氣冷、熱端各安裝1臺(tái)。吹灰介質(zhì)采用壓縮空氣和高壓水，正常運(yùn)行時(shí)用壓縮空氣吹掃，GGH差壓高時(shí)用高壓水在線沖洗。

2010年檢查發(fā)現(xiàn)1#機(jī)組脫硫GGH換熱元件搪瓷損壞、換熱片基體腐蝕、換熱片厚度由1.5mm增至1.8～4mm，換熱片單片厚度增加20%～167%，煙道通流面積減小。從機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行情況看，GGH阻力隨著負(fù)荷的增加進(jìn)一步升高，最高達(dá)到1.5kPa，高壓水沖洗效果差，GGH換熱性能下降，導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)電耗增大，振動(dòng)增大，嚴(yán)重影響了風(fēng)機(jī)的壽命。另外，元件堵后轉(zhuǎn)子的熱變形量及不平衡量大，對(duì)扇形板和密封片的磨損增大，并且由于轉(zhuǎn)子的傾斜力加大，導(dǎo)向軸承、推力軸承易產(chǎn)生偏面磨損，轉(zhuǎn)子熱變形量和傾斜力的作用對(duì)傳動(dòng)圍帶磨損大，易出現(xiàn)傳動(dòng)齒輪與圍帶咬齒、驅(qū)動(dòng)器負(fù)荷過大等問題，給脫硫系統(tǒng)煙道及增壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行帶來不安全因素。因此，如何降低GGH運(yùn)行阻力、提高脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性經(jīng)濟(jì)性是必須解決的問題。

二、GGH換熱元件堵塞原因及危害

根據(jù)1#機(jī)組脫硫GGH運(yùn)行參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的具體情況，進(jìn)行原因分析。

1.GGH堵塞原因分析

造成GGH結(jié)垢的因素是多方面的，其中有設(shè)計(jì)、設(shè)備和運(yùn)行等方面。熱電分公司鍋爐原設(shè)計(jì)煤種為大同煤，后改為神華煤和準(zhǔn)格爾煤按7∶3混燒；后又陸續(xù)進(jìn)行了SNCR和SCR脫硝改造，經(jīng)分析存在氨氣逃逸現(xiàn)象。由于設(shè)計(jì)煤種的改變及脫硝的投入，加之1#機(jī)組GGH換熱元件本身設(shè)計(jì)存在問題，造成了GGH的堵塞。

（1）GGH設(shè)計(jì)不合理。1#機(jī)組脫硫GGH是上海鍋爐廠引進(jìn)美國ALSTOM技術(shù)在國內(nèi)生產(chǎn)的第二臺(tái)脫硫GGH，在GGH換熱元件的選型方面缺乏經(jīng)驗(yàn)，選擇了適用于鍋爐空氣預(yù)熱器的DNF波形的換熱元件，該換熱元件換熱效率高，但該波形定位板和波形板均設(shè)計(jì)有斜紋和平紋，且斜紋深度較大，造成煙氣通流面積減小，波紋底部容易留存積灰且難以清除，GGH換熱元件容易發(fā)生堵塞、積灰，造成GGH運(yùn)行阻力偏高。

（2）原煙氣飛灰沉積。經(jīng)過除塵處理的煙氣，仍然攜帶有大量的飛灰，這些飛灰的主要成分是SiO2、AL2O3、Fe2O3等。原煙氣經(jīng)過GGH時(shí)，煙氣中的飛灰會(huì)在換熱片上沉積，尤其當(dāng)GGH從凈煙氣回轉(zhuǎn)至原煙氣側(cè)時(shí)，換熱片表面可能處于濕潤狀態(tài)，這樣更有利于飛灰的沉積。2004年前后，分公司對(duì)鍋爐進(jìn)行增容改造，鍋爐由410t/h增容為450t/h，原煙氣量增大，同時(shí)鍋爐空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率較大，使得飛灰濃度曾高達(dá)5%，因此造成GGH換熱元件上飛灰的沉積。另外，由于神華煤CaO含量偏高，引起飛灰黏性增大，易粘附于換熱元件表面造成結(jié)垢。

（3）凈煙氣攜帶漿液。煙氣經(jīng)過與漿液的接觸脫硫后，不可避免的攜帶大量的液滴，這些液滴主要成分是CaSO3·1/2H2O和CaSO4·2H2O。當(dāng)煙氣經(jīng)過除霧器時(shí)，雖然大部分被除霧器除掉，但仍有部分液滴穿過除霧器進(jìn)入下游系統(tǒng)，當(dāng)這些液滴經(jīng)過GGH時(shí)，會(huì)吸附于換熱片表面，這樣換熱片回轉(zhuǎn)至原煙氣側(cè)時(shí)，在原煙氣的高溫下，吸附于換熱片表面的漿液水分快速蒸發(fā)，CaSO4·2H2O析出并粘附于GGH換熱片上。攜帶漿液中的CaSO3·1/2H2O在煙氣中或粘附于GGH表面后，會(huì)在凈煙氣氧的作用下部分或全部氧化形成CaSO4·2H2O，另外，CaSO4·2H2O在原煙氣的高溫下會(huì)部分失去結(jié)晶水而變成CaSO4。

（4）吹掃系統(tǒng)問題。GGH正常吹掃系統(tǒng)為蒸汽吹灰器，另外配有流量100L/h、壓力11MPa的高壓沖洗水（兩臺(tái)GGH共用）。存在的問題：①內(nèi)部中心筒處有吹掃盲區(qū)，降低了換熱元件使用壽命；②高壓沖洗水泵出口至濾網(wǎng)前管路為碳鋼材料，長時(shí)間運(yùn)行引起腐蝕，產(chǎn)生銹蝕物，易造成噴嘴堵塞；③空壓機(jī)吹掃高壓水管路時(shí)，空壓機(jī)內(nèi)部管路產(chǎn)生的銹蝕物進(jìn)入高壓水管路易造成噴嘴堵塞。

2.GGH結(jié)垢、堵塞的危害

（1）對(duì)GGH設(shè)備的影響。由于原煙氣側(cè)是向上的正壓，凈煙氣側(cè)是向下的正壓，壓降過大影響轉(zhuǎn)子的不平衡。由于轉(zhuǎn)子傾斜力加大，導(dǎo)向軸承、推力軸承易產(chǎn)生偏面磨損，轉(zhuǎn)子熱變形量和傾斜力的作用對(duì)傳動(dòng)圍帶磨損大，易出現(xiàn)傳動(dòng)齒輪與圍帶咬齒、驅(qū)動(dòng)器負(fù)荷過大等。

（2）對(duì)增壓風(fēng)機(jī)的影響。GGH結(jié)垢、堵塞會(huì)引起煙氣流通阻力增大,增壓風(fēng)機(jī)出力增大，能耗增大；結(jié)垢、堵塞嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起增壓風(fēng)機(jī)振動(dòng)大，甚至產(chǎn)生喘振現(xiàn)象或損壞增壓風(fēng)機(jī)，影響風(fēng)機(jī)壽命并威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。

（3）對(duì)防腐層的影響。GGH結(jié)垢、堵塞會(huì)造成換熱元件的傳熱效果差，即凈煙氣出口溫度可能達(dá)不到設(shè)計(jì)排放溫度，容易造成煙道腐蝕損壞；原煙氣進(jìn)入吸收塔的煙溫升高，造成吸收塔的耗水量增大或損壞吸收塔進(jìn)口段的防腐層，威脅到脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行。GGH換熱面結(jié)垢嚴(yán)重，阻力過大時(shí)，GGH必須停運(yùn)清洗，直接降低了脫硫系統(tǒng)的投運(yùn)率。

（4）對(duì)換熱效率的影響。GGH換熱面結(jié)垢后，污垢的導(dǎo)熱系數(shù)比換熱面上的防腐鍍層的導(dǎo)熱系數(shù)小，熱阻大于清潔表面，造成換熱效果差，隨著結(jié)垢厚度的增加，熱阻不斷增大，高溫的原煙氣熱量不能被GGH的換熱元件充分吸收，使進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度升高，不利于石灰石漿液的吸收，并導(dǎo)致?lián)Q熱元件蓄熱達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

三、堵塞治理改造

1.換熱元件改造

為降低GGH運(yùn)行阻力、提高脫硫運(yùn)行的可靠性，分公司于2011年4月對(duì)1#機(jī)組脫硫GGH換熱元件進(jìn)行了更新改造，換熱元件由原先DNF型更換為大通道L型波紋板，此波形平坦，而且板與板之間為點(diǎn)接觸，沖洗介質(zhì)易到達(dá)整個(gè)傳熱元件，使石膏等物無法殘留，不宜引起堵塞。根據(jù)GGH參數(shù)、實(shí)際狀況及改造要求，對(duì)其重新進(jìn)行熱力計(jì)算，以確定新?lián)Q熱元件的規(guī)格（包括高度、面積、溫度量等）。

GGH換熱元件更新改造后5個(gè)月，利用機(jī)組停備機(jī)會(huì)進(jìn)入內(nèi)部檢查換熱元件，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行情況良好，基本無結(jié)垢情況。

2.高壓水沖洗系統(tǒng)改造

GGH高壓水泵出口管至出口濾網(wǎng)前管路材料為碳鋼，經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行，管路產(chǎn)生銹蝕，個(gè)別小直徑碎屑經(jīng)濾網(wǎng)進(jìn)入沖洗管道進(jìn)而造成噴嘴堵塞，因此，把一、二單元GGH高壓沖洗水泵入口濾網(wǎng)至出口濾網(wǎng)前的碳鋼管全部更換為不銹鋼管。另外，在GGH高壓水噴嘴吹掃閥前加裝一個(gè)過濾器，防止空壓機(jī)內(nèi)部及空氣吹掃管路內(nèi)的銹蝕物進(jìn)入高壓沖洗水管路，降低了管路銹蝕物堵塞高壓水噴嘴的概率。

四、改造效果

1#機(jī)組GGH換熱元件改造前后機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)參數(shù)比較見表1。

（1）改造后鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行條件下，GGH單側(cè)阻力270Pa（設(shè)計(jì)＜500Pa）、凈煙氣出口溫度達(dá)到89℃（設(shè)計(jì)＞80℃）。脫硫GGH阻力、凈煙氣出口溫度均達(dá)到設(shè)計(jì)值，保證了脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由圖1可看出，GGH煙氣出入口差壓在改造前后變化較大。

（2）改造后增壓風(fēng)機(jī)電流由157A降至96A，增壓風(fēng)機(jī)每小時(shí)運(yùn)行耗電下降550kW·h，日節(jié)電13200kW·h，按0.4768元/（kW·h）計(jì)算，日節(jié)電費(fèi)用6294元。

（3）一單元脫硫GGH換熱元件改造投資190萬，按脫硫1年運(yùn)行340天計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)214萬元，1年內(nèi)可收回改造投資。

（4）使用高效防腐元件，可大大延長更換周期，減少電廠長期投入的檢修費(fèi)用，正常情況下，GGH保證壽命為10年以上，如運(yùn)行得當(dāng)，壽命會(huì)更長。

（5）通過設(shè)備改造及運(yùn)行優(yōu)化，減少了脫硫設(shè)備的積灰、結(jié)垢、腐蝕情況，減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

表1 GGH換熱元件改造前后參數(shù)比較

圖1 改造前后原煙氣出入口壓差曲線圖

從改造后的實(shí)際運(yùn)行情況看，GGH出口凈煙氣溫度、GGH運(yùn)行阻力均達(dá)到設(shè)計(jì)值，解決了脫硫系統(tǒng)入口壓力反正、GGH運(yùn)行阻力高等問題，消除了增壓風(fēng)機(jī)喘振的風(fēng)險(xiǎn)，提高了脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低了脫硫系統(tǒng)停運(yùn)、SO2排放超標(biāo)等造成環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

1 楊勇平，孫志春，龍國軍，等.濕法脫硫系統(tǒng)結(jié)垢物清洗技術(shù)研究[J].熱力發(fā)電，2010.39（9）:45～51

2 梁昌龍.濕法煙氣脫硫GGH換熱元件結(jié)垢問題探討[J].電力建設(shè).2009.30（8）:113～116

3 倪迎春.電廠GGH積灰結(jié)垢的原因分析與處理措施[J].電力科學(xué)與工程，2010，26（8）:61～64