濕法脫硫煙氣換熱系統改造方案與探討

劉敏

中國輕工業長沙工程有限公司，中國·湖南 長沙 410114

1 引言

該漿紙企業動力鍋爐為燃煤循環流化床鍋爐，鍋爐參數如表1所示。

表1 鍋爐參數

煙氣脫硫系統采用石灰石—石膏濕法工藝，一爐一塔制，不設旁路。

煙氣進入脫硫塔與石灰石漿液逆流接觸進行化學反應，反應后攜帶著漿液小霧滴進入除霧器進行液滴捕捉。

鍋爐及脫硫島布置在煙囪南側，脫硫島包含SO2吸收系統、石灰石漿液制備系統、脫水系統、事故漿液系統及工藝水系統等。

2 現有污染物排放及存在的問題

現有脫硫系統未設置GGH，脫硫入口煙氣溫度約150℃，脫硫后煙氣溫度約50℃，經除霧器除去水霧后通過煙囪排入大氣。除霧器分兩級，然而實際除霧效果并不理想，煙囪冒白煙現象非常嚴重[1]。

現有煙囪為混凝土套筒煙囪，內筒材質為碳鋼，防腐等級較低，為避免脫硫塔排出的低溫濕煙氣腐蝕原有煙道和煙囪內壁，常規的方案是在脫硫塔出口設置GGH，而GGH存在以下缺陷：

①GGH部件的腐蝕和堵塞會降低脫硫系統的可靠性和可用率、部件維修費用高，當GGH需要大修時脫硫系統就必須停運，無旁路的脫硫系統的停運意味著整臺機組需要停運，企業經濟性和機組安全性因此大受影響。

②GGH的原煙氣側向凈煙氣側的泄漏會降低系統的污染物脫除效率，考慮到GGH漏風率約為1%（漏風率會逐年升高），其對污染物排放的相應影響為1%。由于本工程粉塵、SO2實際排放濃度接近超低排放限值，漏風會導致排放目標難以達到。

③GGH為煙氣—煙氣換熱系統，其外形尺寸及場地要求較大。本改造工程在只能利用現有脫硫出入口少量的水平煙道的位置條件下還需考慮到后期預留的濕式除塵器的位置和空間，根據現場實地勘察，場地要求不允許。

由上述分析知，考慮GGH的替代換熱方案是必要的。

通過調研和實地考察，考慮將增設的煙氣換熱系統確定為MGGH系統（即管式氣—氣換熱器或熱媒介煙氣換熱器）。熱回收器高溫側原煙氣換熱裝置布置在除塵器出口脫硫塔入口之間水平煙道上，凈煙氣加熱器布置在脫硫塔出口與煙囪之間的水平煙道上，使用除鹽水作為中間換熱媒介。

3 改造方案

通過熱回收器使原煙氣和除鹽水進行熱交換，熱交換后進入脫硫塔的原煙氣溫度由150℃下降到120℃左右，采用熱媒介循環泵將熱回收器所吸收的熱量輸送到脫硫塔后凈煙道中，通過布置在脫硫塔出口與煙囪之間的水平煙道上的凈煙氣再加熱器對凈煙氣進行升溫處理，升溫處理后的脫硫塔后煙氣溫度由50℃提升到80℃左右。利用熱媒介實現的煙氣的降溫—升溫過程可以有效提高脫硫效率、防止煙囪腐蝕[2]。改造方案說明如下：

①MGGH系統中間換熱媒介采用除鹽水，使用現有閉式冷卻水差壓水箱作為系統膨脹水箱。

②MGGH系統初次啟動時差壓水箱內的除鹽水通過大氣壓力及重力勢能進入MGGH系統管路和換熱裝置內，差壓水箱補水系統配置有電動調節閥，可自動控制和調整水位實現對MGGH系統自動補水和壓力調節。差壓水箱在保證除鹽水溫度變化時壓力的穩定的同時提供除鹽水暫時存儲空間，并控制管路中除鹽水流量的均衡。

③除鹽水通過熱媒介泵依次進入MGGH原煙氣熱回收器換熱裝置進行熱交換，吸收原煙氣熱量，降低進入濕法脫硫的煙氣溫度（~150℃→120℃）。加熱后的除鹽水（80℃→120℃）進入MGGH凈煙氣再加熱器釋放熱量，提高進入煙囪的煙氣溫度（50℃→80℃）。

④在低負荷下及冬季工況等特殊情況時，鍋爐排煙溫度較低，除鹽水在MGGH原煙氣熱回收器吸收的熱量不能滿足MGGH凈煙氣再加熱器所需的熱量時，可啟用熱媒介輔助加熱器，通過調節閥控制進入熱媒介輔助加熱器的蒸汽或熱水流量，以確保有MGGH系統具備足夠的換熱量。輔助蒸汽加熱器考慮使用鍋爐連排擴容器疏水作為熱源，以進一步達到節能減排目的。

⑤設置MGGH原煙氣熱回收器循環旁路，通過控制旁路進水量調節MGGH系統的原煙氣熱回收器和凈煙氣再加熱器的出口煙溫。

⑥在熱媒介泵的入口處設置加藥箱，內含聯氨及碳酸氫鈉以1∶3比例配置成的藥劑，加藥系統可以起到調節水質、保養換熱管管束及整個管路系統的作用。

⑦在所有換熱管排迎風面的前端逐排布置專用防磨與穩流裝置，進一步提高煙氣余熱換熱裝置的使用壽命，并在換熱管所有彎頭位置加設防磨瓦。

⑧為防止管道積灰堵塞，在MGGH熱回收器和再加熱器設置吹灰器。

4 場地布置

①MGGH原煙氣熱回收器換熱裝置布置在脫硫塔入口的水平煙道上，采用管式換熱裝置，原煙氣水平煙道尺寸為11×4.0×3.8m，底部標高8.5m，可向下方和兩側擴展；

②MGGH凈煙氣再加熱器布置于脫硫塔出口的水平煙道上，采用管式換熱裝置，凈煙氣水平煙道尺寸為11×4.0×3.8m，底部標高8.5m，可向下方和兩側擴展；

③MGGH熱媒介輔助加熱器使用現有鍋爐連排擴容器疏水（0.5MPa150℃）作為熱源，無需新增輔助加熱器場地。

5 MGGH換熱裝置管材選用分析

管壁壁溫是換熱管低溫腐蝕的重要因素，壁溫在低于酸露點情況下也能做到有限的低溫腐蝕，如圖1所示，換熱管的壁溫在水露點+20℃到105℃的范圍內，其腐蝕速度不大于0.2mm/年（材質20g），若采用ND鋼材質，其腐蝕速度遠小于0.2mm/年。針對不同工況，處于低溫區段的換熱管可選擇抗腐蝕能力強的ND鋼（09CrCuSb），以確保防腐性能和使用壽命的要求[3]。

圖1 金屬壁漏和腐蝕速度曲線

考慮到實際運行時鍋爐的啟停、低負荷及燃燒煤質成分變化等因素的影響，ND鋼換熱管的腐蝕速率按0.1mm/年的保守值進行計算，本項目MGGH換熱裝置管材采用ND鋼，腐蝕余量如按2mm考慮（設計壁厚5mm以上），則換熱元件的壽命將超過10年以上。

6 改造后性能指標

①冬季工況（80%負荷），脫硫出口煙溫達到85℃；

②MGGH煙氣壓差小于600Pa；

③有效抑制煙囪出口白煙現象。

7 結語

MGGH的采用可以有效降低脫硫入口煙氣溫度并提高脫硫效率，提高脫硫出口煙氣溫度并降低煙氣的腐蝕等級。MGGH的采用可以避免GGH的堵塞、腐蝕等問題，在低負荷及冬季工況下可利用鍋爐連排擴容器疏水作為熱源以確保脫硫后煙溫高于80℃，使用ND鋼作為MGGH換熱裝置管材可以更好地避免腐蝕問題并確保換熱器的使用壽命。