GGH系統在電廠1000MW機組中的技術應用及優勢分析

王玉敬，高鵬，劉蒙，顧衛衛

（1.華電國際鄒縣發電廠，山東 鄒城 273522；2.浙江菲達菱立高性能煙氣凈化系統工程有限公司，浙江 杭州 310000）

華電集團某電廠為滿足日益嚴格的環保排放要求，對4期1臺1000MW機組進行了超低排放改造，增設GGH系統(煙氣冷卻器＋煙氣再熱器)，并對干式電除塵器和脫硫吸收塔進行了改造。該機組改造完成后，煙氣冷卻器出口的煙氣溫度為90℃以下，煙氣再熱器出口的煙氣溫度為80℃以上，達到預期的性能要求。

1 GGH系統的工藝原理和技術應用

煙氣換熱器(Gas-Gas Heater，以下簡稱GGH)技術是從三菱日立電力系統公司(MHPS)的電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝的單一除塵、脫硫工藝路線演變而來。在日本，所有的濕法煙氣脫硫工藝均設置煙氣再加熱器，三菱日立電力系統開發的濕式石灰石-石膏法脫硫工藝采用了無泄漏式GGH，即原煙氣加熱熱媒水，然后用熱媒水加熱脫硫后的凈煙氣；這項技術很快在燃煤電廠得到大量的推廣應用。

電廠8號1000MW機組所應用的GGH裝置，全套采用最先進的日本三菱日立公司技術，可分為煙氣冷卻器和煙氣再熱器。其原理是利用鍋爐空預器出來的煙氣熱量，通過煙氣冷卻器的換熱管加熱熱媒介質(通常為除鹽水)，再利用加熱后的熱媒水循環至煙氣再熱器的換熱管以加熱脫硫后的凈煙氣，通過提高凈煙氣的排放溫度，提高煙氣的抬升力，促進煙氣擴散，進而有效緩解“白煙”現象。

設備的大致布置順序為：煙氣冷卻器布置于電除塵器前，煙氣再熱器布置于脫硫吸收塔出口處，空預器出來的煙氣余熱被煙氣冷卻器吸收利用，出口煙氣溫度為90℃以下；經過再熱器后，煙氣溫度由50℃左右升至80℃以上并從煙囪排出；相比于以前常用的回轉式煙氣換熱器，這套系統完全避免了原煙氣向凈煙氣方向的泄漏，增強了各設備之間的協同效果，既做到了煙氣余熱的深度利用，同時也極大增強了污染物的脫除效率。

2 GGH系統中存在的問題和應對措施

GGH系統在電廠機組的運行過程中，主要會出現以下幾個方面的問題。

（1）煙氣冷卻器的磨損。磨損是煙氣冷卻器運行中常見的現象，煤粉燃燒后產生的煙氣中存在大量的飛灰顆粒，飛灰在換熱表面產生頻繁的撞擊，逐漸使換熱管管壁變薄，即鍋爐尾部大量的飛灰顆粒對換熱面管束會造成相當程度的磨損。

（2）煙氣冷卻器的積灰。在煙氣冷卻器回收余熱的過程中，由于燃料燃燒得不完全、揮發相凝結和團聚等因素的作用，煙氣中含有一定濃度的飛灰顆粒。隨著煙氣的流動，飛灰顆粒易在煙冷器的換熱面上聚集，從而形成具有一定形態的積灰層。聚集的飛灰影響煙冷器的傳熱效率，繼而增大煙氣流動的阻力。

（3）低溫腐蝕問題。煙冷器運行過程中，若模塊管內熱媒水進口溫度的設計值過低，換熱元件表面的溫度會低于飽和溫度以下，煙氣中的水分在換熱管表面結露，容易造成灰的粘結，導致換熱率的降低、引起煙氣阻力上升、模塊腐蝕等問題；一些煙氣冷卻器為了過分降低成本而減少了換熱面積，則煙冷器出口的煙氣溫度高于低溫要求的溫度上限，煙氣中SO3不能完全冷凝成液態與粉塵結合被除塵器捕捉，會以氣態的形式存在，并對下游的設備產生腐蝕危害。

針對以上可能存在的問題，工程總承包方浙江某煙氣凈化系統工程有限公司結合三菱日立公司多年以來的先進經驗，提出了以下應對措施。

（1）防磨損的技術措施。磨損是煙氣余熱換熱器運行中較常見的現象，影響飛灰對換熱管磨損的因素主要有煙氣流速、飛灰濃度、灰的物理化學性質，以及受熱面的布置與結構特性和運行工況等。在GGH系統設計過程中，主要考慮采取以下幾個方面的措施：①換熱面管束順列布置（錯列布置易磨損，且增加局部煙氣的流速），保證管束的防磨性能；②本項目在換熱器前加裝了假管，換熱器磨損最嚴重的是煙氣高溫段，加裝假管可以在一定程度上防止換熱管磨損；③采用CFD計算軟件流體分析+物模試驗的方法。在進口煙道處布置導流板，保證煙道內流場均勻、流速合理，防止出現死角，避免局部渦流導致的嚴重磨損，并控制煙氣流速在10m/s左右。

（2）防積灰的技術措施。煙氣冷卻器中的飛灰不僅會污染傳熱管的表面，影響傳熱效率，嚴重時還會堵塞煙氣流動的通道，增大煙氣流動的阻力，甚至影響煙氣冷卻器的安全運行。對于積灰的處理，主要考慮采取以下方面：①充分確保灰的干態。例如當吹灰器氣動吹灰時，采取必要的措施，消除因液態水吹到換熱管表面所產生的煙氣粉塵粘結的問題，避免煙氣阻力上升和模塊腐蝕。②為保證煙道流動通暢，結構設計上不要存在大量可能的積灰點；③保證煙氣流速均勻，設計煙氣流速在10m/s左右，使煙氣在流動中具有一定的自清灰能力；④采用蒸汽吹灰器吹灰，不留吹灰死角，減小流動阻力。本項目每臺機組設置有6臺煙氣冷卻器和1臺煙氣再熱器，每臺煙氣冷卻器設置6支吹灰器，每臺煙氣再熱器設置16支吹灰器，共計52支。通過定期吹掃GGH模塊，去除積灰，保證換熱面的導熱性能。

（3）防腐蝕的技術措施。針對煙氣冷卻器換熱管表面煙氣水蒸汽結露的問題，三菱日立通過大量的工程業績證明，當煙氣冷卻器進口熱媒水的溫度設計在70℃（具體溫度根據煙氣條件計算）以上，可有效避免煙氣換熱管表面的煙氣冷凝、粉塵粘結和腐蝕等問題。

電廠8號機組鍋爐空預器的排煙溫度為126℃，煙氣冷卻器布置在電除塵器之前，可將煙氣溫度降至酸露點以下，使煙氣中的氣態SO3冷凝成液態，吸附于煙塵上，被后續低低溫電除塵器脫除。通常燃煤電廠煙氣中的SO3的酸露點范圍為85~105℃，這也是本套系統的適用溫度范圍。

與此同時，煙氣在進入電除塵器前溫度降低，使得其流速也相應下降，在電除塵器內的停留時間就會增加，飛灰比電阻進入最適合電除塵工作的范圍內，使得電除塵裝置可更有效地對煙塵進行捕獲，從而達到更高的除塵效率。

通過大量成功的運行業績證明，煙氣冷卻器出口的溫度設計在90℃時，超低排放系統的性價比最理想。因此，本次改造工程中，煙氣冷卻器出口溫度的設計運行值設定為90℃。

（4）換熱管型式及材質選擇。在GGH系統中，較常見的換熱管束型式主要有螺旋翅片和H型翅片兩種，螺旋翅片形式在煙氣冷卻器的翅片與管道之間采用高頻一周滿焊，接觸緊密而無間隙，可帶來更高的導熱性能；與其它形式相比，在達到相同的換熱效率時，其換熱面積更少。基于此，本工程的煙氣冷卻器換熱管束采用螺旋翅片型式，其不僅在日本國內具有大量成功的運行業績，在我國的某電廠（2×660MW）和粵電某電廠（1×1000MW）也得到了成功的應用。

3 結語

（1）煙氣冷卻器布置在電除塵器之前，出口溫度設置為90℃，煙氣再熱器布置在脫硫塔之后，保證進入煙囪的煙氣溫度在80℃以上，可提高和促進煙氣的擴散。

（2）合理設置導流板、優化設計煙氣流速、吹灰器定期吹掃換熱管，正確選擇管束型式和材質，有效解決磨損積灰腐蝕等問題。

（3）GGH系統(煙氣冷卻器+煙氣再熱器)可在各種鍋爐負荷下安全穩定運行，維修簡單，有效降低機組的運行能耗。

（4）GGH系統(煙氣冷卻器+煙氣再熱器)與電除塵器、脫硫吸收塔協同工作，可有效減少燃煤電廠的污染物排放，實現煙氣凈化的最優化。