淺析濕法脫硫中熱管式換熱器運行的問題

于曉蕾

（同方環境股份有限公司，北京 100083）

1　情況概述

1.1　現場情況描述

某熱電廠有三臺240 t/h循環流化床鍋爐，配置三套脫硫裝置，同時安裝三套熱管式換熱器，用原煙氣加熱凈煙氣，熱管式換熱器布置在吸收塔出口至煙囪入口水平煙道之間。熱管材質采用ND鋼圓管和ND鋼螺旋翅片與ND鋼圓管和ND鋼螺旋翅片鍍柔性金屬搪瓷組合，從凈煙氣入口側起1至6排為ND鋼圓管和ND鋼螺旋翅片鍍柔性金屬搪瓷，7至30排為ND鋼基管和ND鋼螺旋翅片，并設置在線水沖洗系統[1-2]。#1爐脫硫系統于2015年5月開始投運，投運后有6個月時間處于凈煙道封閉，凈煙氣走臨時煙囪；在通煙運行12個月后，于2016年11月初停爐檢修。檢查發現,原煙氣側底部在線沖洗后仍有較多灰垢與銹蝕，存在少量腐蝕。凈煙氣側換熱管存在大量翅片脫落及腐蝕情況，#2、#3爐情況類似。

1.2　主要運行參數

熱管式換熱器原煙氣入口煙氣設計參數：270 000 Nm3/h，（標態，干基，6%O2），原煙氣入口設計溫度為125℃，出口設計溫度為90℃，換熱器凈煙氣入口設計溫度為50℃，出口設計溫度為80℃。

1.3　運行參數分析

1.3.1換熱器壓差分析

現場DCS數據顯示，2015年11月至2016年6月原煙氣側保持在400～1 000 Pa，凈煙氣側保持在400～600 Pa；2016年6月至2016年11月原煙氣側保持在800～1 000 Pa，凈煙氣側保持在600～1 000 Pa。上述數據顯示，熱管式換熱器原、凈煙氣側的壓差隨著運行時間增加不斷升高。

1.3.2換熱器煙溫分析

現場DDCS數據顯示，2015年9月到2015年10月，原煙氣側入口溫度在60～120℃，凈煙氣側出口溫度在50～80℃。2015年11月至2016年6月，原煙氣側入口溫度保持在120～140℃，凈煙氣側出口溫度保持在80℃左右；2016年6月運行至2016年11月，原煙氣側入口溫度保持在120～140℃，凈煙氣側出口溫度保持在60～80℃。上述數據顯示，熱管式換熱器凈煙氣側的出口溫度不斷下降。

1.3.3主要運行參數與設計參數對比

現場實際運行參數與設計參數有較大偏差，如表1所示。

表1　現場實際運行參數與設計參數對比

1.4　現有運行問題

據現場勘查情況、DCS運行數據及參數分析，熱管式換熱器出現的主要問題有積灰、換熱器腐蝕以及換熱效果下降。

1.4.1積灰問題

原煙氣側的熱管翅片、熱管外表面及換熱器底部和內部支撐結構有不同程度的積灰，熱管根部尤為嚴重。凈煙氣側也有積灰，熱管外表面、翅片及換熱器底部和內部支撐結構均有不同程度的掛灰，同樣熱管根部積灰最為嚴重。

1.4.2腐蝕問題

原煙氣側有少量腐蝕。凈煙氣側腐蝕較為嚴重，凈煙氣側第16和17排熱管外壁有減薄現象且有部分熱管翅片脫落，翅片脫落區域較為集中。

2　運行問題原因分析

針對上述問題，結合運行工況及現場實際情況綜合考慮，筆者開展具體原因分析。

2.1　積灰問題分析

積灰主要是原煙氣中攜帶的煙塵造成的，在設計條件下，入口煙塵含量應小于25 mg/Nm3，現場檢測報告顯示，換熱器入口煙塵含量達到65 mg/Nm3，超出設計值1.5倍[3]。入口煙塵量遠超設計值，導致積灰現象發生。同時，入口煙氣量較設計值低10%，導致煙氣流速降低，進而導致煙氣攜帶塵的能力降低，加劇積灰程度。

另外，在運行過程中，曾經發生為保證SNCR脫硝效果，超量噴氨導致氨逃逸嚴重超標現象。過量氨會導致鍋爐尾部煙氣中產生硫酸氫銨，硫酸氫銨具有黏性，易附著在換熱管壁而形成堅固的積灰，這種積灰難以被普通的水沖洗并清除。

2.2　腐蝕問題分析

熱管式換熱器尤其是凈煙氣側的腐蝕情況，是由多種因素疊加導致的。煙氣參數的變化、積灰、積水、換熱器排水結構設計、換熱器沖洗水設計以及換熱器的日常維護等都是導致熱管腐蝕的原因[4]。

本項目換熱器凈煙氣側出口溫度目前為60～90℃。熱管壁溫下降到酸露點附近，會發生嚴重腐蝕。隨著溫度降低，原低于酸露點的溫度區間會由凈煙氣入口側向出口側偏移擴大，如果偏移出ND鋼襯柔性搪瓷熱管區域到達ND鋼區域，就會造成腐蝕。

3　改造方案

3.1　增加定期離線沖洗

目前，設計的在線清洗裝置不能滿足沖洗需求，為控制原煙氣側熱管積灰，考慮增加定期離線沖洗系統。該廠三臺機組為兩用一備配置，每臺機組間隔三四個月會停機一次，因此增加定期離線沖洗是可以實現的。

3.2　更換熱管

根據現有腐蝕情況，將現腐蝕部分熱管更換，更換范圍為沿凈煙氣流向7～16排（共10排）的熱管元件，新更換的熱管元件采用ND鋼圓管和ND鋼螺旋翅片，凈煙氣側做柔性金屬搪瓷防護。

4　設計過程的優化建議

4.1　應對積灰問題的措施

對熱管式換熱器進行設計時，應該根據使用場合和具體條件，采用最優化設計方法，合理選擇熱管直徑、長度、翅片的結構參數和翅化比，根據煙氣的含塵情況采用合適的翅片間距和管間距等。熱管式換熱器大多選用穿片或螺旋型纏繞片，對于高灰分的情況可以采用軸對稱單列縱向直肋翅片和釘頭管。

4.2　應對低溫腐蝕問題的措施

控制排煙溫度，使排煙溫度高于露點溫度在20～30℃，保證熱管長期安全運行。增設前置預熱器，提高進入熱管換熱器的溫度，可有效防止露點腐蝕[5]。通過調節冷熱端的結構參數，提高熱管換熱器的最低壁溫，防止低溫腐蝕。改變熱管管材，采用耐腐蝕鋼如2205制造等。

5　結論

通過對某熱電廠在運熱管換熱器現有問題的現場勘察、分析、改造，人們可以得出，目前，熱管換熱器在運行中還存在積灰及低溫腐蝕的問題，它是實際運行工況偏離設計工況較大引起的。經過改造，熱管式換熱器可滿足設計工況。在后續的設計中，筆者建議考慮一定的設計余量來提高熱管式換熱器對變工況的適應性。總之，熱管式換熱器應用于濕法煙氣脫硫系統是可行的。