GGH換熱元件堵塞原因分析及解決措施探討

萬亨

(中環(中國)工程有限公司,江蘇南京 210008)

GGH換熱元件堵塞原因分析及解決措施探討

萬亨

(中環(中國)工程有限公司,江蘇南京 210008)

分析了濕法脫硫系統中 GGH換熱元件堵塞的原因及對系統運行的影響,并結合目前 GGH使用狀況給出了解決措施,為脫硫系統安全運行提供參考。

煙氣脫硫;GGH;堵塞

1 GGH換熱元件堵塞的影響

在濕法煙氣脫硫系統中,煙氣先后兩次通過GGH。當 GGH發生堵塞時,會對脫硫系統的安全性、經濟性及電廠的環境保護產生不良影響。脫硫系統 GGH換熱元件堵塞后,煙氣阻力上升,GGH壓差變大,脫硫升壓風機出口壓力增大,升壓風機運行電流上升。如果堵塞情況嚴重,煙氣系統阻力超過升壓風機的最大出力時,會引起升壓風機喘振或振動超標,造成升壓風機跳閘,這樣就對脫硫系統的安全、穩定運行產生了直接危害,同時威脅到鍋爐及發電機組的安全。另外,為了防止 GGH換熱元件出現堵塞,電廠會采取加大在線沖洗力度,增加高壓水沖洗頻率和離線人工沖洗時間等措施,大大提高沖洗成本。GGH換熱元件堵塞后,脫硫系統煙氣阻力增加,升壓風機和 GGH運行電耗也相應增加,由于升壓風機是高壓電機,所消耗的廠用電較可觀,運行費用增加。為了脫硫系統安全考慮,需要停運系統清堵,降低了脫硫裝置的投用率,而且脫硫電價將被考核。脫硫系統阻力增大后,煙道旁路擋板門難以關閉運行,不能進行全煙氣處理,煙氣污染物排放超標,繳納的 SO2排污費用增加。目前國家環保監察力度日益嚴格,尤其是 2010年 6月國家環保部發出了《關于火電企業脫硫設施旁路煙道擋板實施鉛封的通知(環辦[2010]91號)》,非緊急異常情況下開啟旁路運行的方式將不被許可,因此主機運行會受到較大的影響。

2 原因分析

2.1 煙塵引起的堵塞

吸收塔出口凈煙氣處于飽和狀態,并攜帶一定量的水分,經過 GGH凈煙氣側時,煙氣中水分使得加熱元件表面比較潮濕。當換熱元件旋轉到原煙氣側時,雖然此處的溫度較高,但在短時間內還不足以蒸發換熱元件上所有水分,所以在 GGH原煙氣側特別是冷端,煙塵會粘附在換熱元件表面。另外,煙塵具有水硬性,其中的 CaO可以激活煙塵的活性,與煙氣中的 SO3以及漿液液滴相互反應,形成類似水泥的酸鹽,隨著運行時間的累積不斷硬化,即使高壓水也難以清除。脫硫系統入口煙氣煙塵含量大時, GGH換熱元件堵塞的更嚴重。

2.2 漿液攜帶引起的堵塞

吸收塔出口凈煙氣通過除霧器后,仍會攜帶少量漿液液滴,液滴在經過 GGH凈煙氣側時沉積在換熱元件表面。當原煙氣和凈煙氣 GGH在換熱元件兩側冷熱交替通過時,沉積液滴所含部分水分蒸發,留下固形物質,并逐漸加厚結垢,與粉塵凝結時會形成類似水泥的酸鹽,很難除去,最終堵塞換熱元件的通道。特別是當吸收塔氧化不充分時,有過多的亞硫酸鈣產生,含有亞硫酸鈣的漿液液滴隨煙氣沉積在換熱元件上形成的結垢更難去除。

2.3 不良的吹掃方式

在我國,早期脫硫系統的 GGH多采用壓縮空氣、高壓水和低壓水清洗等方式。脫硫 GGH吹掃方式過去多采用壓縮空氣法,效果較差。隨著使用經驗的增加,壓縮空氣吹掃逐漸為過熱蒸汽吹掃所取代。壓縮空氣吹掃特點是:配備專用空氣壓縮機并確保吹掃壓力要求,壓縮空氣吹掃壓力為 0.8～0.9 MPa,吹掃流量 (600MW機組)為 30～55m3/min。過熱蒸汽吹掃特點是:熱焓值高,清灰效果相對較高;蒸汽來源多,無需專門生產;須確保吹掃的壓力和溫度;配置疏水系統,在吹掃前排凈管道中殘液,防止濕氣進入 GGH。過熱蒸汽吹掃壓力 1.0～1.3 MPa,蒸汽溫度一般在 300℃以上,以 600MW機組為例,吹掃流量為 1.2～2.2 t/h。兩者吹掃時間均為 90～120min/次,吹掃次數 3～4次/天。目前,新建脫硫系統的 GGH多采用過熱蒸汽吹掃系統,從吹掃效果來看,過熱蒸汽優于壓縮空氣。

2.4 運行維護不當

運行操作中吹灰時間較短、吹掃沖洗周期間隔過長、吹掃壓力過低或溫度沒有達到要求等均會造成 GGH換熱元件堵塞。系統運行中缺陷沒有及時發現,比如吹掃噴嘴堵塞導致流量過低、過熱蒸汽溫度過低含水量大、高壓水管道或閥門泄漏造成沖洗壓力低等也會引起 GGH換熱元件堵塞。

2.5 緊湊型換熱元件的負面效果

目前國內 GGH廠家生產的換熱元件型式各不相同,但大多數元件型式屬于緊湊型。緊湊型換熱元件采用更為緊湊、復雜的形狀,延長了煙氣流經通路,并產生紊流,改善傳熱,從而提高了傳熱效率。但緊湊型換熱元件更容易粘附固體顆粒,特別是經過 GGH的煙氣濕度大、含塵量高,還含有漿液液滴時,在各種惡劣的工況條件下,緊湊型換熱元件逐漸產生了易堵塞的負面效果。

3 解決措施

3.1 控制原煙氣含塵量

控制原煙氣含塵量是解決 GGH換熱元件堵塞的源頭控制方法之一,主要受脫硫系統外部因素的影響。首先,分析 GGH結垢成分,如果Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3是結垢的主要成分,則需要控制煙氣含塵量。同時,根據脫硫系統和 GGH設計煤質參數,選擇灰分適合的煤種,從源頭控制煙氣含塵量。一般情況下,燃煤灰分越高,其熱值下降,單位負荷發電量就需要更多的燃煤量,在除塵效率不變情況下,進入 GGH的煙氣含塵絕對量就會加大。其次,確保除塵設備正常運行,達到設計的除塵效率,并采取措施提高除塵器的收塵量,防止 GGH被動收塵,更杜絕將脫硫系統當除塵器使用。除塵器出口濁度儀或脫硫系統入口煙塵濃度儀是煙氣含塵量在線監測的唯一手段,需要定期維護,確保分析儀器正常發揮效果,為煙塵濃度的實時監控、及時發現異常、及時采取措施創造必要的條件。

3.2 控制吸收塔漿液攜帶

控制吸收塔漿液攜帶量也可以減緩 GGH換熱元件堵塞,主要受脫硫系統內部因素的影響。首先,分析 GGH結垢成分,如果 CaSO4、CaSO3、CaCO3是結垢的主要成分,則需要控制吸收塔漿液攜帶量。其次,檢查除霧器的沖洗效果是否正常,除霧器工作效果變差,二次攜帶量過大,就會對 GGH造成很大的影響。部分電廠的脫硫系統出現除霧器部分坍塌的情況,擴大檢查后都發現 GGH堵塞的也很嚴重。吸收塔漿液參數須控制得當。漿液密度不要過高,否則易加快除霧器表面結垢;漿液 pH控制在正常范圍內,不能過高或過低,過高易結硬垢,過低易結軟垢,都不利于除霧器表面的沖洗;吸收塔液位勿過高,否則漿液會從塔入口倒灌進 GGH內,直接導致GGH換熱元件堵塞;注意吸收塔運行時漿液表層泡沫產生的“虛假”液位,防止漿液泡沫倒灌入 GGH。確保脫硫廢水系統或吸收塔拋漿系統正常工作,保證漿液品質不惡化;煙氣含塵量符合設計要求,飛灰在吸收塔漿液內沉積過多,不但會改變漿液物化性質,還會沉積在除霧器表面并加快結垢速度,對沖洗效果產生不良影響。

3.3 有效的吹掃方式

目前,過熱蒸汽吹掃方式能較好的防止 GGH換熱元件堵塞。如江蘇某電廠 2×300MW機組配套煙氣脫硫系統,采用一爐一塔的布置方式,每套脫硫系統安裝有 1臺 GGH,脫硫系統于 2006年初投入使用。經過兩年多的運行,脫硫系統 GGH存在堵塞問題。2008年 6月,電廠停用 GGH壓縮空氣吹掃系統,從鍋爐過熱蒸汽吹灰母管上引入過熱蒸汽對GGH進行吹掃。GGH過熱蒸汽吹掃的運行參數主要是:設計壓力 1.2～1.4MPa;設計溫度 250～ 350℃;工作壓力 1.0MPa;工作溫度 300℃;平均過熱蒸汽耗量 6～8 t/h(每臺)。過熱蒸汽吹掃每 8 h吹掃一次,每次約 40min。操作要求:先開疏水系統,通過熱蒸汽至工作溫度;再開吹灰器進口門進行吹掃;吹掃結束后,開疏水門,關吹灰器進口門,關蒸汽總門,待溫度降到常溫,最后關疏水門。GGH過熱蒸汽吹灰系統改造后,實際運行效果明顯改善。

3.4 規范運行工作

按照運行規程要求,定期進行 GGH吹灰操作,確保足夠的吹灰時間、適當的吹灰周期間隔、合理的吹灰參數。當 GGH壓差正常時,采用常規吹掃沖洗方式,如過熱蒸汽吹掃;當 GGH壓差比潔凈時的壓降增大到 1.3～1.5倍時,必須立即采用高壓水沖洗;當 GGH堵塞嚴重時,或是可以機組停運時,則采用離線低壓水沖洗,對 GGH換熱元件進行徹底的沖洗。GGH運行過程中,監視 GGH原煙氣和凈煙氣側壓差和各吹掃參數,及時發現異常和缺陷,及時記錄和分析,及時通知檢修單位處理。

3.5 加強維護管理

GGH吹掃沖洗裝置發生缺陷如果不能得到及時有效處理,會致使 GGH換熱器表面的積灰積垢無法及時吹掃而逐漸變硬、沉積、擴展,最終堵塞換熱器。GGH的常見故障有以下幾種:高壓水沖洗水質不合格,雜質含量大,堵塞沖洗噴嘴;過熱蒸汽不合格,壓力過低,熱焓值不足,吹掃力度不夠;溫度過低,含有水分,導致 GGH換熱元件濕度過大,造成粘灰。吹灰器噴槍卡澀或動作失靈,吹掃沖洗不能覆蓋全面;吹灰器管路泄漏,吹灰介質欠壓欠流量;吹灰器噴嘴脫落,吹灰壓力嚴重衰減,吹掃面不徹底。

3.6 更換換熱元件

為了改善緊湊型換熱元件的易堵塞狀況,可以更換 GGH換熱元件。換熱元件的型式一般選擇易通型。重新計算 GGH換熱參數,涉及 GGH進出口煙溫、GGH換熱元件高度、換熱元件面積、轉子隔艙高度、換熱單元布置等。目前,國內脫硫裝置更換GGH換熱元件的不多。2008年中國華電集團對 5家 GGH運行較穩定的電廠進行調研,結果顯示,采用易通型換熱元件的 3家電廠,人工停機沖洗 GGH周期最長 8個月,平均 4～5個月,另外 2家采用緊湊型 GGH,人工停機沖洗周期最長 7個月,平均 2～3個月。

4 結語

(1)GGH換熱元件堵塞后,會對脫硫系統安全性、經濟性以及在環境保護方面產生不良影響。

(2)GGH換熱元件堵塞的主要原因有:吸收塔漿液攜帶;不良的吹掃方式;運行維護不當;緊湊型換熱元件的負面效果等。

(3)在 GGH運行過程中,為防止其換熱元件堵塞,應對原煙氣含塵量進行有效控制;對吸收塔漿液攜帶進行有效控制;選用有效的吹掃方式;規范運行工作并加強維護管理。當然,考慮更換 GGH換熱元件也是一種途徑,但使用效果有待進一步證明。

[1]陶愛平,張立民,楊中彪,等.脫硫 GGH換熱元件板型與堵塞關系分析[J].華電技術,2009,(9):75-78.

[2]梁昌龍,趙晨明.濕法煙氣脫硫 GGH換熱元件結垢問題探討[J].電力環境保護,2009,25(4):38-40.

Analysis of effects caused by blocked elements of GGH ofwet FGD system

The reasons caused the blocked elements of Gas-Gas-Heater(GGH)in wet FGD system were analyzed.Its bad effects on system operation have been discussed.Moreover,it is discovered that some impo rtant form ations,such as fly ashes,slurry droplets,shape of elements and so on.Finally,based on the actual state of applicat ion,som e good measures are offered,which can be referred in the field.

FGD;Gas-Gas-Heater;block

X701.3

B

1674-8069(2011)03-040-03

2010-10-16;

2011-04-21

萬亨(1979-),男,江蘇南京人,助理工程師,本科,主要從事煙氣脫硫脫硝項目管理及系統運營管理工作。E-mail:wanheng@gcl-eng.com