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湿法烟气脱硫GGH 换热元件结垢问题探讨
时间:2008-08-26 15:08:47

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                湿法烟气脱硫GGH 换热元件结垢问题探讨

                                   梁昌龙

               (三河发电有限责任公司河北省三河 065201 )

      「摘要」:三河发电有限责任公司一期脱硫GGH 换热元件结垢,不仅导致
净烟气不能达到设计要求的排放温度,对下游设备造成腐蚀,同时增加了吸收塔
耗水量,降低了脱硫效率,更严重的是GGH 换热元件结垢严重,将引起增压风机
出力增加,从而导致喘振,影响机组以及脱硫系统的安全运行。因此,改善GGH
换热元件结垢势在必行,文章给出了详细的分析以及改善措施,力求提高锅炉的
经济性和安全性。

      「关键词」:湿法烟气脱硫,石灰石- 石膏法,GGH ,换热元件结垢Discussion
of GGH heat exchanger components scaling for Wet flue gas desulfurization
LiangChang-long (Sanhe power generation CO.,Ltd Hebei Province Sanhe
065201)

      「Abstract」:Desulfurization of phase one GGH heat exchanger components
scaling of Sanhe Power Generation Limited Liability Company , not only
results in wet gas being incapable to meet the discharge temperature required,
but also causes corrosion on downstream equipments, and-meanwhile, increases
the water consumption of absorption tower ,lowers desulfuration-efficiency,
a worse thing is: the GGH heat exchanger components Scaling is serious,
that will cause the increase in output of booster-fan ,and lead to surge,
consequently impact the safe operation of the unit and the desulfurization
system. Therefore ,improving the GGH heat exchanger components scaling
is inevitable. This paper provides a detailed analysis and improvement
measures, aiming at enhancing the economic efficiency and security of
the boiler「key words 」:Wet FGD ,limestone-gypsum,GGH , heat exchanger
components scaling

      0 引言

      三河发电有限责任公司一期为两台350MW 机组,锅炉采用日本三菱神户造
船所生产的亚临界控制循环汽包、一次再热、固态排渣炉、半露天布置;平衡通
风,燃煤炉。2007年烟气脱硫改造工程,在两台已经建成的机组上加装了烟气脱
硫装置,采用石灰石- 石膏湿法烟气脱硫技术。本烟气脱硫装置采用一炉一塔,
设置烟气旁路烟道,并设有GGH 换热器,每台炉单独设置1 台增压风机,正常运
行时烟气经增压风机、GGH 通过脱硫吸收塔脱硫后排放,烟气旁路挡板关闭,事
故情况或脱硫装置停机检修时旁路烟道打开,烟气通过旁路烟道进入烟筒。GGH
采用上海锅炉厂有限公司生产的30.5-V-450SMRC型号回转式烟气换热器,每台GGH
配有两支上海克莱德贝尔格曼机械有限公司生产的吹灰器,以及高压在线冲洗水
系统和低压离线冲洗水系统。

      1 设备简介

      #1GGH从2007年6 月18日开始168 试运,开始时差压500Pa 左右,运行后
每天保证3 次蒸汽吹灰(每班一次),开始时差压上升不快,蒸汽吹扫(压力1.2Mpa,
温度320 ℃)效果不是很明显,运行1 个月左右,差压达到1500Pa(高值),第
一次使用高压水冲洗,差压下降到600-700Pa ,过后差压又继续升高,此后高压
水冲洗效果不是很明显,并且差压较以往上升的要快,差压又达到1400Pa左右,
之后在八月份,#1增压风机申请停运后又用低压离线水冲洗了一次,这一次,#
1GGH差压降到1000Pa,然后差压只增无减,高压水冲洗没有明显变化,已经结垢
非常严重(以上数值均是在满负荷时记录的)。

      2007年08月28日晚#1机组停运,2007年08月29日下午,#1GGH 开人孔检查,
发现#1GGH 换热元件结垢、堵塞严重,靠中心半径约1.5 米范围以及最外圈约200
-300mm 范围已基本完全堵塞,现象如下:

图1 最内圈约半径1.5 米范围内已基本完全堵塞图2 最外圈约200 -300MM
范围已基本完全堵塞检查效果:结垢很硬,粘附牢固,不易清除,已取样化验,
成分主要为石灰石和石膏;GGH 内部无腐蚀现象;GGH 传热元件无损坏现象。

      3 GGH 结垢造成的影响

      3.1 经济性影响首先,GGH 结垢造成净烟气不能达到设计要求的排放温度,
并对下游设施造成了腐蚀。表面结垢使GGH 换热效率降低。GGH 换热面结垢后,
污垢的导热系数比换热元件表面的防腐镀层小,热阻增大。随着结垢厚度的增加,
传热热阻增大,在原烟气侧高温原烟气热量不能被GGH 换热元件有效吸收,换热
元件蓄存热量达不到设计值。换热元件回转到净烟气侧,GGH 换热元件本身没有
储存到充足热量,由于结垢而不能释放出来被净烟气吸收,因此净烟气的温升达
不到设计要求。结垢越严重换热效率就越差,净烟气的温升就越小,净烟气对外
排放温度就越低,对出口烟道造成了低温腐蚀。

      其次,结垢会造成吸收塔耗水量增加。由于结垢GGH 换热元件与高温原烟
气不能有效进行热交换,经过GGH 的原烟气未得到有效降温,进入吸收塔的烟气
温度超过设计值。进入吸收塔的烟气温度越高,从吸收塔蒸发而带走的水量就越
多。据统计对于350MW 机组,进入吸收塔的烟气温度每升高10℃,大约水耗量增
加5t/h. 第三,结垢后将会增加增压风机的出力运行,加大电耗,增加了厂用电
率。

      3.2 安全性影响首先,如果GGH 换热元件结垢严重可能造成风机喘振。因
为,GGH 结垢后,烟气通流面积减小,阻力增大。换热面结垢后表面粗造度增大,
也使阻力增大。GGH 正常阻力约500Pa ,结垢后阻力增大。如果结垢特别严重,
烟气通流面积减小使烟气通流量减小,风机出口压力升高。当GGH 烟气通流量与
风机出口压力处于风机失速区,风机处在小流量高压头工况下运行,极易造成风
机喘振,引起增压风机跳闸,脱硫系统退出运行,严重的,如果烟道旁路挡板没
有正常连锁快开或者机械机构卡死,将威胁机组的安全运行,造成了更加严重的
事故。

      其次,如果结垢严重由于原烟气经过GGH 时,GGH 换热元件本身没有有效
的吸收原烟气温度,造成吸收塔入口烟气温度的增加,严重时会因高温烟气损坏
吸收塔内部的设备,同时也会影响吸收塔内的化学反应效果。

      4 GGH 结垢分析

      4.1 结垢成因分析亚硫酸钙和硫酸钙在水中的溶解度很小,都会形成高度
过饱和溶液。亚硫酸钙和硫酸钙的种子晶体按相关化学反应生成Ca SO3o1/2H2O
软垢;烟气中的CO2 的再碳酸化,可能生成CaCO3 沉淀物。一般烟气中,二氧化
碳的浓度达到10% 以上,是SO2 浓度的50~100倍。吸收塔中部分SO32- 和HSO3-
被烟气中剩余的氧气氧化为SO42- ,最终生成CaSO4o2H2O沉淀。CaSO4o2H2O的溶
解度较小(0.223g/100g 水,0 ℃),易从溶解中结晶出来,在部件表面上形成
很难处理的硬垢。可以说,GGH 的表面结垢和堵塞,其原因是烟气中的氧气将CaSO3
氧化成为CaSO4 (石膏),并使石膏过饱和。

      4.2 结垢机理分析首先,在原烟气中含有大量金属氧化物,如MgO 、ZnO 、
MnO 、CuO 等,对SO2 均有吸收能力,一般认为,SO2 溶于水形成亚硫酸,温度
升高时,反应平衡向左移动SO2 同氧化剂反应生成SO3 ,在催化剂的作用下,可
加速SO2 氧化成SO3 的反应,在与含水量大的烟气接触时,SO3+H2O ─→ H2SO4,
此时再与原烟气中的MgO 、ZnO 、MnO 、CuO 反应将生成坚硬的固体结垢MgSO4 ,
ZnSO4 等坚硬的固体结垢。

      其次,SO2 及易与碱性物质发生化学反应,形成亚硫酸盐,碱过剩时生成
正盐,SO2 过剩时形成酸式盐,亚硫酸盐不稳定,可被烟气中残留的氧气氧化成
硫酸盐:在GGH 净烟气侧,由于净烟气带石灰石浆液以及少量石膏等化学物质,
在通过GGH 时粘附在GGH 换热元件上,当GGH 净烟气侧GGH 换热片转到原烟气侧
时,与原烟气中的SO2 发生化学反应,生成Ca SO3o1/2H2O 软垢,当SO2 过剩时
形成CaSO4o2H2O. 4.3 垢样化验GGH 是湿法脱硫工艺的一项重要设备,由于热端
烟气含硫最高、温度高,而冷端烟气温度低、含水率大,故GGH 换热元件需用耐
腐蚀材料搪瓷钢。而换热元件框架(俗称篮子)也应为考登钢或不锈钢。主要想
了解垢样的酸碱度,主要化学成分,熔点特性,溶解性及溶解度特性,提供较佳
的溶剂种类,该溶剂最好水溶,以方便在水洗受热面时加入。经过取样化验,垢
体成分排在第一位的是Ca2+,这给分析结垢原因提供了突破口。

      5 GGH 结垢原因分析

      造成GGH 结垢的因素是多方面的,有设计方面、设备方面、运行方面,本
人分析了以下几点原因:(1 )净烟气侧携带的石膏石灰石混合物颗粒,经过GGH
,在换热元件表面的积累吸收塔浆液循环泵工作时,吸收塔内整个弥漫着含有石灰
石和石膏混合物颗粒的雾状液滴。在原烟气侧,气流方向是抑制此雾状液滴向GGH
的方向扩散,烟气系统投运时雾状液滴从原烟气侧进入到GGH 而吸附的可能性几
乎没有,只有是净烟气携带所致。同时,在高低负荷时,吸收塔浆液循环泵都是
两台运行,一台备用,因此,在低负荷时烟气量减小而浆液量没有变,这就增加
了净烟气的湿度,和携带的石膏石灰石混合物颗粒的机会。

      喷淋层或喷嘴设计不合理、喷嘴雾化效果不好、除雾器除雾效果不好、净
烟气流速不合理、吸收塔内浆液浓度过高均可造成净烟气携带大量含有石灰石和
石膏混合物颗粒到GGH.净烟气携带的液滴附着在GGH 换热片表面,当GGH 回转到
原烟气侧,在原烟气高温作用下,液滴水份蒸发,而液滴中石灰石和石膏混合物
颗粒粘结在换热片表面。

      (2 )运行时吸收塔内液位高,浆液从吸收塔原烟气入口倒流入GGH 吸收
塔在运行时由于氧化空气的鼓入液位有一定的上升,另外吸收塔运行时在液面上
常会产生大量泡沫,泡沫中携带的石灰石和石膏混合物颗粒,液位测量反应不出
液面上虚假的部分,造成泡沫从吸收塔原烟气入口倒流入GGH.原烟气穿过GGH 时,
泡沫在原烟气高温作用下,水份被蒸发,泡沫中携带的石灰石和石膏混合物颗粒
粘附在换热片表面。在此过程中,原烟气中的灰尘首先被吸附在泡沫上,随着泡
沫水份的蒸发进而粘附在换热片表面,造成结垢加剧。此现象可由下图解释:

 图3 最外圈约200 -300MM 范围已基本完全堵塞(3 )原烟气中灰尘的浓
度大、粘度强换热元件在净烟气侧附带水分之后,在经过原烟气侧时,原烟气中
电除尘未除净的尘粒附着在换热元件上,久而久之,越积越多,在高温蒸汽的作
用下板结,形成垢块。

      (4 )除雾器除雾效果不好由于除雾器没有有效的去除烟气中携带的液滴,
使得净烟气进入GGH 时携带大量水分和浆液杂质,在经过GGH 换热元件时,水分
连同其携带的石灰石和石膏一起粘附在换热元件上面,当带有水分的换热元件转
到原烟气侧时,温度较高的原烟气使水分蒸发,而石灰石和石膏成分则粘附在换
热元件上,如此反复,使得换热元件上的结垢越来越多,而蒸汽吹灰时高温蒸汽
(320 ℃)又加剧了水分的蒸发,使得垢体更加坚硬,附着更加牢固,不易清除。

      (5 )GGH 本身设计不合理。

      GGH 换热面高度、换热片间距、换热片表面材质、吹灰方式、布置形式、
吹灰器数量、吹灰器喷头吹扫位置、覆盖范围等,对GGH 积灰、结垢均有影响。

      (6 )GGH 运行中对结垢初期处理不当。

      GGH 运行中没有定期进行吹扫;吹扫的参数低、不能达到吹扫效果;吹扫
的周期长,每次吹扫的时间较短,不能及时去除而形成累积;喷嘴与换热面间的
距离过大,使得能量损失严重,而达不到充分吹扫;结垢后没有及时采用高压冲
洗水在线冲洗或采用了高压冲洗水在线冲洗但由于结垢量太大,没有冲洗干净,
经过原烟气加热后板结成硬垢,造成结垢越来越严重。

      6 防止GGH 换热元件结垢措施

      针对GGH 换热元件结垢原因,本人建议各厂针对自身的GGH 换热元件结垢
处理采取相应的防范措施,总结以下几点措施,供大家探讨学习。

      6.1 运行措施针对以上GGH 换热元件结垢原因建议措施:(1 )运行过程
中应注意监测吸收塔液位,适当降低吸收塔液位,同时记录、分析运行数据,总
结吸收塔真实液位以上" 虚假液位" 规律,防止泡沫从吸收塔烟气入口进入GGH.
运行过程中应严格控制吸收塔浆液参数,建议吸收塔浆液浓度控制在1100Kg/m3
至1130 Kg /m3,PH值控制在设计范围5.4 ~5.6 之内,最大不超过6.0 ,也可
根据实际情况经验适当降低,严格控制电除尘效果,控制烟气进入吸收系统所带
入的烟尘量,及时按规定程序用工艺水对除雾器进行冲洗,以防止除雾器结垢影
响除雾效果;(2 ) GGH运行中应及时进行吹扫,定期进行检查;如果发现有结
垢的预兆就应进行处理。结垢后吹扫时一定要吹扫干净,不要留余垢,否则垢体
会越积越多,以后很难清理。特别是采用高压冲洗水在线冲洗时,一定要彻底冲
洗干净,否则停留时间太长等结成硬垢后,更难清理,并且会越来越严重,高压
水冲洗建议采取辅电机低转速运行冲洗,在冲洗时建议采取将烟气旁路挡板全开,
增压风机静叶调至出力最小运行,以达到最佳冲洗效果;记录、分析GGH 运行数
据,掌握GGH 结垢规律,确定经济合理的吹扫周期和吹扫时间,把握高压冲洗水
投运的时机和持续时间。通过掌握的运行资料,修编适合自己的GGH 运行规程;
(3 )要在浆液里面加入适当消泡剂,防止吸收塔虚假液位的出现;(4 )在脱
硫系统启动时,建议尽量缩短启动浆液循环泵与增压风机的时间间隔,防止吸收
塔浆液飘入GGH ,在每次启动脱硫系统后,尽快使用高压水冲洗GGH 一次,防止
飘落在换热元件上的浆液干固,粘附在换热元件上;只要冲洗就要冲洗彻底,防
止结垢更严重;(5 )在GGH 出口原烟道靠近吸收塔的侧壁下边缘处加装导流槽,
以防浆液顺原烟气烟道流入GGH ,可以把顺侧壁流下的浆液导流到两侧顺外壳的
密封片处流下;(6 )在低负荷时采用减少一台浆液循环泵运行方式,不仅可以
减少净烟气的含带浆液量,同时也可以减少厂用电率,提高经济性。

      6.2 建议整改措施(1 )利用脱硫系统停运时,适当调整蒸汽(高压水)
冲洗喷嘴与换热元件间的距离以及根据结垢程度相应增加喷嘴数量,以保证冲洗
介质的最大能量利用;(2 )利用脱硫系统停运时,检查除雾器是否有结垢现象,
根据除雾效果适当调整除雾器,保证更有效的去除雾滴。

      (3 )在GGH 净烟气侧入口前加装烟气除湿过滤净化装置,定期清理更换,
以降低通过GGH 的净烟气的湿度和杂质含量。

      (4 )寻找一种垢体溶解剂,在GGH 冲洗过程中加入到冲洗介质中,既不
腐蚀设备又可以达到清除垢体的目的。(此建议有待进一步研究)

      (5 )利用脱硫系统停运时,在满足吸收塔出入口烟气温度的情况下,适
当调宽GGH 换热片之间的间距。

      结束语:

      目前三河电厂通过各种改造以及运行整改措施,已经达到一定的效果,增
加了GGH 的正常投运时间,但是问题仍然存在,还需要进一步的研究改造。GGH
换热元件结垢是各电厂石灰石- 石膏湿式烟气脱硫的一个普遍共同关注的问题,
解决此问题意义重大,文章只是个人在工作中总结出来的一点观点见解,有些可
能不够准确全面,希望和大家共同探讨,尽快解决此类问题。

      参考文献

      「1 」周至祥//段建中//薛建明编,ISBN- 7-5083-4125-2 《火电厂湿法
烟气脱硫技术手册》,2006-6-1,北京:中国电力出版社。

      「2 」刘俞铭编,《火电厂湿法烟气脱硫新技术与FGD 设备选型设计及典
型实例剖析实用手册》,2006,中国电力电子出版社。

      「3 」钟毅,,高翔,霍旺,王惠挺,骆仲泱,倪明江,岑可法,湿法烟
气脱硫系统气- 气换热器的结垢分析[J] ,2008,(02):275-278 ,浙江大学
动力工程。

      「4 」国电太原第一热电厂编,《300MW 热电联产机组烟气脱硫技术》,
2006-6,中国电力出版社。

      作者简介:梁昌龙,男,(1983- ),助理工程师,2006年毕业于长春工
程学院电气工程及其自动化专业,工学学士学位,现从事三河发电有限责任公司
集控运行生产工作。联系地址:河北省三河市燕郊开发区三河发电有限责任公司,
邮编:065201,电话:13722663619 ,0316-3365100. 电子邮箱:liangchanglong88@163.com.

 

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