火電廠FGD系統GGH在線免拆卸化學清洗

吳 凡

（常州市肯創環境工程技術有限公司，江蘇 常州 213161）

火電廠濕式石膏法脫硫系統的GGH（煙氣換熱器）在運行過程中經常因結垢而降低煙氣的流通量和熱交換效率，嚴重的甚至堵塞GGH。因此，GGH結垢問題已成為脫硫裝置安全運行的嚴重障礙。由于這種污垢質地堅硬，難溶于酸堿，加上GGH的波形板結構設計，使得GGH的清洗非常困難。

1 成垢原因分析

GGH換熱面結垢一般認為是脫硫吸收液中亞硫酸鈣和硫酸鈣的晶體按相關化學反應生成CaSO3·1/2H2O軟垢，再與煙氣中的CO2反應生成CaCO3沉淀物。但是吸收塔中部分SO32-和HSO3-被煙氣中剩余的氧氣氧化為SO42-,最終生成Ca-SO4·2H2O 和 MgSO4沉淀。 CaSO4和 MgSO4的溶解度較小（0.223g/100g水，0℃），易從溶液中結晶出來，在部件表面上形成很難處理的硬垢[1]。由于煤種和運行情況的不同，各地GGH的結垢成分不同，從多地電廠取回的垢樣分析看，除了硫酸鹽難溶垢外，還常常含有硅酸鹽、鋁酸鹽等難溶垢。圖1和表1分別是對某廠GGH污垢垢樣的俄歇電子能譜元素分析掃描圖和分析數據。

圖1 GGH上污垢垢樣的俄歇電子能譜元素分析掃描圖

數據表明，垢樣中硅酸鹽或二氧化硅含量最多，其次是硫酸鹽，這些垢物的性質決定了化學清洗的難度。

表1 分析數據 %

2 傳統的清洗方法

由于硫酸鈣、硫酸鋇等物質與酸堿均不發生反應，很難用常規的酸堿藥劑予以去除。在化學清洗領域，當硫酸鹽含量超過一定比例時，垢物的性質即被定義為特殊難溶垢。對這種污垢的化學清洗方法有兩種，一種是用氫氧化鈉堿煮，將硫酸鹽轉化成易溶于水的物質，反應式如下：

CaSO4+2NaOH＝Ca（OH）2+Na2SO4（1）

另一種方法是采用有機高分子絡合清洗劑進行絡合清洗，比如用EDTA二鈉鹽，依靠藥劑自身強大的絡合能力結合硫酸鈣電離出的微量鈣離子，促進溶解平衡的移動，最終將硫酸鈣中的鈣離子都轉化成EDTA螯合鈣，反應方程式如下：

這個反應通過消耗硫酸鈣電離出的痕量鈣離子，促進溶解平衡移動，最終全部溶解，同時伴隨著新的配位平衡。

無論采用上述哪種方法，都需要蒸汽加溫以提高反應速度，如果用傳統的化學藥劑進行GGH在線清洗則不能滿足這一條件。因此在實際應用中，只能把GGH的搪瓷換熱元件逐包吊出，放到專用的清洗槽內通蒸汽進行清洗，再逐包吊回安裝，清洗周期很長。此外需要指出的是，雖然氫氧化鈉價格便宜，但對搪瓷材料有很強的腐蝕，容易形成爆瓷，并不適合GGH的清洗。

從化學反應方程式可以看出，硫酸鹽通過反應達到溶解目的，因此垢量的多少決定了必須要有足量的藥劑參與反應，而GGH換熱面積有2～3萬m2，即使結垢厚度只有1 mm，總垢量都會達到數十噸，因此所需的藥劑量非常大，而EDTA市場價格昂貴，僅藥劑這一項就使清洗工程造價無法降低。

因此，對GGH進行高壓水射流清洗是另一種選擇。數百公斤壓力的高壓水射流能清洗部份垢物，但是由于換熱元件表面的凹凸溝槽結構，高壓水并不能徹底清除垢物，日積月累，溝槽被填滿，并逐漸形成高壓水無法沖洗掉的硬質污垢，因此在線高壓水射流清洗嚴格講只能起到疏通的作用，這也是在線射流清洗效果一次比一次差的原因。

為了徹底清除GGH換熱面污垢，采用拆卸后離線高壓水射流清洗是不得已的方法，但耗時很長，300 MW機組的GGH拆卸射流清洗需用7臺高壓射流機連續作業近40天，拆卸安裝造成機械損壞的可能性也較大，工程造價也高，如果射流壓力控制不好，還會損傷搪瓷層。

3 創新的清洗方法

要實現在線化學清洗必須滿足：清洗能夠在常溫下進行且反應速度比較快；藥劑對搪瓷、碳鋼、玻璃鱗片襯里等不能有腐蝕；藥劑的材料成本比較經濟合理。為此，從扭曲硫酸鹽晶鍵為研究切入點，篩選配置了一種作用僅僅是扭曲晶鍵的藥劑，藥劑本身并不參與化學反應，但能使硫酸鹽分子因結構膨脹而疏松，因此藥劑消耗量遠少于傳統反應型藥劑。圖2、圖3是從某電廠GGH上取得的垢樣放大五萬倍的圖像，以及被藥劑浸泡清洗后再放大五萬倍的圖像，可見硫酸鹽分子結構的確被扭曲，體積變大。

圖2 清洗前垢樣放大5萬倍的電鏡掃描圖

圖3 清洗后垢樣放大5萬倍的電鏡掃描圖

這種復配型藥劑由有機化合物構成，pH值呈中性或略偏堿性，對碳鋼、搪瓷無腐蝕，對硫酸鹽含量較高的石膏板等能夠在5 min之內就有明顯的溶脹效果，2 h后體積膨脹到最大，當溶脹后的垢物風干硬化后，只需再加水浸潤就仍然能夠膨脹疏松。

4 成功案例

2009年10月，使用該藥劑采取浸泡和噴淋相結合的工藝對華能某電廠2號機組GGH進行了清洗，有效清洗時間為4天，清洗前壓差為860 Pa，清洗后壓差為380 Pa，基本達到正常的運行參數，取得了良好的效果。圖4，5為2010年4月某電廠GGH化學清洗前后的照片，圖4顯示，清洗前垢物幾乎堵滿換熱元件縫隙，圖5顯示GGH清洗后露出搪瓷本色。

5 結語

突破常規思路，采用扭曲硫酸鹽晶鍵的藥劑配方，能夠實現GGH的在線化學清洗。實踐證明，這種方法是解決GGH清洗難題的既經濟又有效的方法。

圖4 清洗前GGH結垢情況

圖5 清洗后GGH外觀照片

[1]火電廠煙氣脫硫技術標準與主流工藝設計制造安裝調試運行檢修后評估實施手冊[M].北京：中國知識出版社，2005.

[2]梁治齊.實用清洗技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2000.

[3]大連理工大學無機化學教研室.無機化學（下冊）[M].北京：高等教育出版社，2005.