熱媒水管式煙氣換熱器在電站脫硫系統中的應用

童家麟, 方 磊， 鄭建平， 張 明

(國網浙江省電力公司電力科學研究院， 杭州 310014)

熱媒水管式煙氣換熱器在電站脫硫系統中的應用

童家麟, 方 磊， 鄭建平， 張 明

(國網浙江省電力公司電力科學研究院， 杭州 310014)

針對氣-氣換熱器(GGH)運行中存在壓差高、易堵塞等缺陷，提出熱媒水管式煙氣換熱器(WGGH)技術，以某超超臨界機組增設WGGH系統為研究對象，比較了WGGH系統設置的技術利弊。結果表明：WGGH較GGH可以降低廠用電率，且能提高脫硫系統的可靠性，從而保障了機組的經濟效益和社會效益。

燃煤火電機組； 煙氣脫硫； 氣-氣換熱器； 可靠性

隨著我國對火電環保要求的日趨嚴格，新建火電機組都要求同步增設脫硫、脫硝裝置，以達到煙氣污染物的超低排放。煙氣脫硫方法基本是以石灰石/石膏濕法脫硫為主，為了使煙囪出口排煙溫度大于其露點溫度，對國內大多數濕法脫硫裝置，均配置有凈煙氣加熱器，而絕大多數都采用了回轉再生式原煙氣/凈煙氣換熱器(GGH)，以提高煙氣溫度[1]。脫硫系統GGH處于一個比較復雜、惡劣的環境，較易出現堵塞問題，嚴重影響了脫硫系統的正常運行。

目前國內300～1 000 MW機組大多采用GGH的脫硫系統，而GGH幾乎是整個脫硫系統最大的故障點，在運行中的問題主要表現在以下幾個方面：

(1) 換熱元件較易出現堵塞、結垢現象，導致GGH阻力增大，嚴重時導致脫硫系統停運。

(2) 換熱元件低溫區煙氣溫度較低，甚至低于硫酸的露點溫度，較易發生低溫腐蝕。

(3) 回轉式GGH泄漏率較大，容易造成原煙氣向凈煙氣泄漏，降低了脫硫系統的脫硫效率[2]。

針對GGH在實際運行中的缺陷，筆者提出一種新的換熱器，即熱媒水管式煙氣加熱器(WGGH)，用以克服GGH存在的不足，該設備在某新建工程的應用中效果良好，沒有明顯地出現積灰結垢現象，可以為同類型機組脫硫系統改造提供借鑒和參考。

1 研究對象概況

某新建工程2臺1 030 MW機組為國產超超臨界燃煤機組，每臺機組配置有一套脫硫系統，采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝，使排放的凈煙氣含硫質量濃度降至35 mg/m3，遠低于新建工程100 mg/m3的排放標準[3]。脫硫系統采用了取消旁路、增壓風機和GGH的設計，使用聯合風機形式，在吸收塔進口設置有兩級事故噴淋裝置，以防止高溫煙氣損壞吸收塔及煙道。

該工程設置有WGGH以提高煙囪出口煙氣溫度，防止煙囪低溫腐蝕。WGGH的換熱形式為煙氣-水換熱器，原煙氣放熱器(WGGH降溫段)布置在鍋爐引風機出口與脫硫塔進口之間煙道上(每臺爐1套)；凈煙氣加熱器(WGGH升溫段)布置在濕式電除塵出口與煙囪之間的煙道上(每臺爐2套)。WGGH的原煙氣降溫段通過熱媒介質將鍋爐引風機出口煙氣熱量回收，通過凈煙氣加熱器傳遞給濕式靜電除塵器出口的低溫煙氣。熱媒介質采用除鹽水，閉式循環，增壓泵驅動，熱媒輔助加熱系統采用輔助蒸汽加熱，其原則性熱力系統圖見圖1。

圖1 WGGH原則性熱力系統

鍋爐引風機出口煙氣進入原煙氣放熱器，由熱媒水回收熱量提高水溫，在THA工況下，熱媒水吸熱后溫度升高到100 ℃左右，進入凈煙氣加熱器；凈煙氣吸熱后煙氣溫度達到78 ℃以上進入煙囪，煙囪出口處的白霧現象能夠基本消除；放熱后的熱媒水溫度不低于70 ℃，通過熱媒增壓泵增壓后再進入現有原煙氣放熱器，熱媒水形成閉式循環。熱媒水來源為凝結水。在鍋爐低負荷時，采用熱媒輔助加熱系統對熱媒水進行加熱，以保證凈煙氣再熱器出口煙氣溫度不低于72 ℃。

當原煙氣溫度小于循環泵出口水溫時，熱媒水不經過原煙氣放熱器，防止熱媒水對原煙氣放熱，使得高溫煙氣損壞吸收塔及煙道。隨著原煙氣溫度逐漸升高，應及時將熱媒水走向切換至經過原煙氣放熱器，以降低原煙氣溫度、節省輔助蒸汽用量。

WGGH原煙氣放熱器壁面溫度較低，較易積灰、結垢，因此在原煙氣放熱器設置有吹灰系統，吹灰汽源來自輔助蒸汽，吹灰壓力為0.8～1.3 MPa，而目前GGH吹灰器氣源多為壓縮空氣，其壓力僅為0.5 MPa。吹灰壓力的提高，可以改善吹掃效果，將附著在換熱面上的煙塵及時清除[4]。

2 WGGH效益分析

2.1 降低廠用電率

GGH換熱元件較易堵塞，堵塞后元件壓差增大，煙氣阻力上升，同類型機組運行一段時間后，GGH壓差高達1 800 Pa以上。WGGH系統設計壓差僅為800 Pa，且在機組調試期間，壓差并沒有明顯增大，說明WGGH系統有良好的防堵塞性能。圖2給出了滿負荷下壓差分別為800 Pa和1 800 Pa的引風機的工況點。由圖2可知：脫硫系統阻力增大，引風機動葉開度變大，效率有所提高，但兩個工況下效率相差并不大，壓差為800 Pa時引風機效率為46%，壓差為1 800 Pa時引風機效率為55%；風機需克服的阻力加大，兩個工況下，風機軸功率相差達290 kW。綜上所述，隨著脫硫系統壓差的減小，引風機軸功率降低，廠用電率隨之降低。

1-v1=747.7 m3/s,Y=13 288.0 J/kg,p=11 974 Pa, ρ=0.863 kg/m2;2-v1=673.6 m3/s,Y=11 684.0 J/kg,p=10 750 Pa, ρ=0.885 kg/m2;3-v1=654.2 m3/s,Y=10 803.0 J/kg,p=9 978 Pa, ρ=0.891 kg/m2。

2.2 減少吸收塔耗水量

由文獻[5]可知，GGH結垢嚴重時較運行良好時，脫硫系統耗水量增加約30 t/h。WGGH良好的防結垢性能，使得原煙氣在較長時間內可以得到有效降溫，從而減少了吸收塔的耗水量。盡管WGGH自身需要除鹽水作為介質進行換熱，但長時間的運行結果表明，其補水量很少，遠低于煙氣溫度上升帶來的耗水量增加。

2.3 提高系統安全性

GGH壓差變大還可能造成風機喘振。如果脫硫系統結垢特別嚴重，將導致煙氣通流量減小，引風機出口壓力升高。由圖2可知，這會使得風機的工況點向左上方移動，進入風機失速區，極易造成引風機跳閘，對機組的正常運行造成影響。GGH的結垢還會造成脫硫吸收塔入口溫度的增加，嚴重時會損壞吸收塔內部的設備，同時也會影響吸收塔內的化學反應的效果；而WGGH系統可以有效地防止換熱面結垢，從而提高了機組運行的安全性，社會效益也隨之大幅提升。

3 WGGH存在的風險及運行調整

雖然WGGH系統較傳統GGH系統優勢非常明顯，但其作為一種新的換熱系統，所帶來的風險也不容忽視：(1)系統未設置旁路擋板，若WGGH兩側壓差增大，會引起引風機負荷增加，甚至引起引風機跳閘；(2)系統設備增加，可能會給機組的安全運行帶來隱患；(3)需準確控制熱媒水溫度，確保凈煙氣換熱器煙氣出口溫度大于煙氣酸露點溫度，防止煙囪腐蝕；(4)系統設備增多，給機組除鹽水系統、抽汽系統帶來影響。

為確保WGGH系統的安全運行，在運行調整方面采取如下措施：

(1) 系統剛投入時，對機組其他系統的正常運行會產生一定的影響，故需加強對除鹽水系統、抽汽系統等的監視。

(2) 正常運行中保證吸收塔漿液pH值、密度在正常值內，減少煙氣攜帶液滴現象，且合適的pH值使脫硫產物是溶解度較大的Ca(HSO3)2，有較高的脫硫效率，不易結垢[6]，防止對凈煙氣再熱器的腐蝕。

(3) 正常運行時加強對原煙氣換熱器的吹灰，保證吹灰蒸汽壓力大于1.0 MPa。嚴密監視WGGH系統壓差，發現差壓異常升高，及時消除缺陷，以保證機組的穩定運行。

(4) 保證原煙氣換熱器、凈煙氣再熱器出口煙氣溫度均在合理的范圍內，壁面對吸收塔的破壞和對煙囪的腐蝕。

(5) 確保熱媒水pH值>10，防止對換熱面造成腐蝕。

通過不斷實踐，及時發現熱力系統和控制邏輯存在的問題，系統的風險在可控范圍之內。

4 結語

WGGH系統作為一種新的換熱系統，盡管存在一定風險，但是其優勢非常明顯：

(1) 脫硫系統煙氣阻力直接影響到機組的廠用電率。該1 030 MW機組當設置WGGH時較設置GGH可降低單臺引風機軸功率290 kW，按年利用小時5 500 h計算，4臺引風機降低電耗6.38 GW·h。

(2) 有效地解決了GGH系統存在的結垢問題，降低了脫硫工藝水耗量，增加了脫硫系統的投入率，社會效益顯著提高。

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

[2] 彭大為,舒少辛,王義兵,等. 脫硫系統GGH應用方案設計初探[J]. 中國電業：技術版,2012(2):52-55.

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB 13223—2011 火電廠大氣污染物排放標準[S]. 北京：中國環境科學出版社，2011.

[4] 趙景輝. 脫硫GGH可調頻高強聲波吹灰器研究[J]. 華北電力技術,2013,34(8):27-30.

[5] 禾志強,祁利明. 石灰石/石膏法脫硫體統GGH堵塞解決措施[J]. 電站系統工程,2009,25(5):18-20.

[6] 馬磊,沈漢年,趙立冬. 石灰石/石灰濕法煙氣脫硫結垢的機理及控制[J]. 工業安全與環保,2007,33(9): 19-20.

Application of WGGH in Flue Gas Desulfurization System of Power Plants

Tong Jialin, Fang Lei, Zheng Jianping, Zhang Ming

(Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Company,Hangzhou 310014, China)

To overcome the deficiencies of high pressure difference existing in the gas-gas heater (GGH) that is easy to be blocked, the technology of water medium heat pipe gas-gas heater (WGGH) was proposed. Taking an ultra supercritical power unit as an example, technical advantages and disadvantages were compared for the unit before and after installation of WGGH. Results show that compared with GGH, WGGH can help to lower the auxiliary power consumption rate and improve the reliability of flue gas desulfurization system, thus ensuring the economy and social benefit of the unit.

coal-fired power unit; flue gas desulfurization; gas-gas heater; reliability

2014-11-07

童家麟(1986—)，男，工程師，主要從事電廠調試、性能優化等工作。

E-mail: tongjialing@126.com

X701.3

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1671-086X(2015)04-0294-03