FGD取消回轉(zhuǎn)式GGH帶來的問題及解決措施

劉昕昶，鄢曉忠，高晨，許龍泉

FGD取消回轉(zhuǎn)式GGH帶來的問題及解決措施

劉昕昶，鄢曉忠，高晨，許龍泉

隨著我國環(huán)保要求的日益提高，絕大部分火力發(fā)電廠鍋爐均設置了脫硫裝置，且90%采用的是石灰石—石膏作為脫硫劑的濕法脫硫系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)中通常采用回轉(zhuǎn)式的氣氣加熱器（GGH）利用未脫硫的煙氣余熱來加熱脫硫后的凈煙氣。從多年的運行效果來看，回轉(zhuǎn)式GGH容易出現(xiàn)堵塞、腐蝕、卡澀、降低脫硫效率、降低脫硫設備的可靠性以及增加設備投資和運行費用等問題，許多企業(yè)取消了濕法脫硫系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)式GGH，但取消了脫硫系統(tǒng)的煙氣再熱后，尾部煙道與煙囪的腐蝕以及煙囪雨現(xiàn)象也愈加嚴重。特別是在增加了脫硝裝置之后，尾部煙道的煙氣成分發(fā)生了改變，煙囪入口的堵塞問題開始加重。因此分析尾部煙道和煙囪的腐蝕、煙囪雨、煙囪入口堵塞等問題的機理，并提出合理的解決措施，對火電廠的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有積極意義。

1 GGH對鍋爐運行的影響

在FGD中，帶旋轉(zhuǎn)蓄熱格倉的回轉(zhuǎn)式GGH通過轉(zhuǎn)子的緩慢轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)原煙氣與凈煙氣的熱量交換：將由引風機來的原煙氣（120～140℃）在GGH轉(zhuǎn)子的一側(cè)放熱降溫至85～110℃進入吸收塔，經(jīng)脫硫后從吸收塔出來的凈煙氣（45～55℃）流經(jīng)轉(zhuǎn)子另一側(cè)，吸熱升溫至約80℃排入煙囪?？梢奊GH對鍋爐運行具有很大的影響：

（1）對鍋爐污染物排放擴散的影響

GGH使得凈煙氣溫度提高了約30℃左右，因此煙氣與空氣的密度差加大，煙氣抬升能力增強。增加GGH裝置會使煙氣的排煙高度比未設置GGH在普通氣象條件下增加排煙高度至少100 m[2]。而排煙高度的增加使得煙氣中所攜帶的污染物（如NOx、SOx、PM10）得到了更好的擴散。通過對污染物的落地濃度和落地距離的監(jiān)測與計算（與2014年大氣污染物排放標準比值），結(jié)果表明：取消GGH后，污染物的落地濃度明顯上升，如表1所示。污染物最大濃度落地點距煙囪距離，安裝GGH和不安裝GGH分別為10 529m和6 689m[1，4]。

表1 污染物對地面濃度的影響

（2）對吸收塔內(nèi)的煙氣溫度及工業(yè)耗水量的影響

在吸收塔中，脫硫反應的最佳溫度在50℃左右，回轉(zhuǎn)式GGH會降低煙氣進塔溫度，有助于提高脫硫效率，對吸收塔內(nèi)的耐溫材料（如玻璃鱗片、橡膠襯里）也起到一定的保護作用。研究表明，一臺600 MW的機組，設置GGH將減少吸收塔內(nèi)蒸發(fā)的水耗近40 t/h[3]。

（3）對煙囪內(nèi)部壓力分布的影響

文獻[6]采用數(shù)值模擬的方式對設置GGH和取消GGH狀況下，煙囪內(nèi)煙氣的壓力分布進行了模擬，得出結(jié)論：在濕法脫硫后，設置GGH情況下，煙囪高度在130 m以上才會出現(xiàn)正壓；取消GGH后，煙囪高度在15m以上的區(qū)域就會出現(xiàn)正壓。而正壓容易導致煙氣通過煙囪的裂縫滲透到金屬內(nèi)筒或混凝土表面，發(fā)生腐蝕；從而增大了煙囪的安全隱患。

（4）對電廠初投資和運行費用的影響

一臺600 MW的GGH本體設備費用為1 500～1 800萬元，安裝GGH后相應配套的煙道、支架、高壓沖洗裝置，密封風機和防漏風機等設備費用需要300萬元?；剞D(zhuǎn)式的GGH直接初期投資將超過2 000萬元，約占整個FGD的10%～12%。運行中GGH的阻力壓降約為1 000 Pa（若出現(xiàn)堵灰故障，該壓降會繼續(xù)增大），為克服壓損，導致增壓風機壓頭增大（電耗增加），還需配有對GGH的高壓沖洗裝置等，脫硫成本隨之增加。加之GGH的故障率高，維修成本高（平均4年整體更換一次換熱元件，約需600萬元）。經(jīng)計算設置GGH后，每公斤SO2的脫硫成本將增加0.226元[2，5]。

（5）對脫硫系統(tǒng)正常運行及脫硫效率的影響

GGH是在干濕交替的惡劣環(huán)境中運行，升溫側(cè)原煙氣溫度降低后會產(chǎn)生大量的濃酸液，粘附煙氣中的飛灰；低溫側(cè)煙氣濕度高、溫度低極易形成低溫腐蝕；穿過除霧器的微小漿液液滴在換熱元件表面蒸發(fā)后，留下積垢難以清除，造成換熱通道堵塞，繼而引發(fā)風機振動、失速等，嚴重影響FGD的正常運行[1，7]。另外GGH的內(nèi)部玻璃鱗片因安裝技術等原因容易發(fā)生脫落，導致動靜結(jié)合部位易發(fā)生卡澀。經(jīng)測算，回轉(zhuǎn)式GGH的換熱方式將使原煙氣向凈煙氣泄露約1%左右，造成脫硫效率下降[1]。

采用回轉(zhuǎn)式GGH使凈煙氣溫度加熱到80℃左右，由于此溫度仍在煙氣酸露點以下。不能完全解決低溫腐蝕問題。所以只要是采用了濕法脫硫技術，F(xiàn)GD之后的煙道與煙囪都需要采取防腐措施。

2 取消GGH帶來的主要問題

火電機組中，鍋爐脫硫系統(tǒng)取消GGH后，會帶來以下主要問題。

2.1 低溫腐蝕嚴重

當煙溫從200℃降至120℃，煙氣中99%的SO3轉(zhuǎn)化成為了H2SO4蒸汽。當尾部裝置如脫硫后的煙道及設備的壁面溫度降低至酸露點溫度以下時，H2SO4蒸汽冷凝成硫酸液體在壁面上，造成了低溫面的腐蝕。經(jīng)測算，經(jīng)過WFGD后的煙氣酸露點大約在90～120℃。研究表明在低于酸露點15～50℃以及水露點以下時，低溫腐蝕的腐蝕速度是最快的。取消GGH后，煙道及煙囪內(nèi)的煙氣溫度極有可能處于這兩個溫度區(qū)間內(nèi)，產(chǎn)生嚴重的低溫腐蝕[8]。

2.2 形成煙囪雨及污染環(huán)境

煙囪雨是指在電廠的煙囪周圍（一般為煙囪下風向800 m之內(nèi)的范圍）經(jīng)常會飄落一些細小的雨滴，待雨滴蒸發(fā)后，留下了白色的固體痕跡、并且難以清理。這些雨滴屬于煙氣中的液滴被煙氣夾帶進入大氣中，其中一些來不及擴散的大液滴降落至地面的現(xiàn)象，稱為煙囪雨，是煙囪系統(tǒng)和煙道中發(fā)生液體和氣體流動過程的產(chǎn)物[9]。

在取消了GGH后，煙氣在除霧器出口的溫度只有50℃左右，由于溫度降低，煙氣中攜帶的脫硫漿液與可溶性物質(zhì)以及飽和水蒸氣冷凝成水霧。而這些水霧經(jīng)過煙囪內(nèi)壁后，液滴逐漸變大，在煙囪出口形成降雨[10]。

由于煙溫降低，煙氣中污染物的擴散能力隨之降低。當前，我國面臨著越來越嚴峻的環(huán)境問題，解決煙氣中污染的排放問題成為當務之急。

2.3煙道堵塞

目前，多數(shù)火電廠都是采用選擇性催化還原反應進行脫硝處理，而噴入的氨水改變了尾部煙道后的煙氣成分。煙氣中的氨與SO3和H2O反應生成硫酸氫銨，露點溫度只有147℃的硫酸氫銨極易粘結(jié)飛灰。尤其是取消GGH后的處于低溫、高濕環(huán)境下的尾部煙道極易造成煙道的堵塞。湖南某660MW機組在投入運行三年之后，出現(xiàn)了煙囪入口堵塞的情況。

3 防止取消GGH后所帶來問題的主要措施

3.1 防止低溫腐蝕的措施

濕法脫硫系統(tǒng)中的尾部腐蝕環(huán)境可以破壞大多數(shù)常用的工程材料，而如果整體采用非常昂貴的防腐材料將會大大增加發(fā)電單位的成本，目前在工程實施中最常采用的是以碳鋼為基體，采用非金屬材料做襯里。本文列舉了在國內(nèi)電廠中采用較多的三種類型防腐方案。

（1）磚加膠方案

以有機高分子材料制作的膠粘劑襯砌泡沫玻璃磚或泡沫陶瓷磚，如國產(chǎn)發(fā)泡玻璃磚，由于其同時具有耐酸與隔熱效果，已經(jīng)在國內(nèi)許多電廠得到了廣泛使用。

（2）涂料類方案

以高分子材料作為主要成膜物質(zhì)，采用無機粉體或纖維材料作為內(nèi)部填充。通過噴涂或者刮涂的方式形成一定厚度的防腐層。如目前廣泛使用的涂料方案中有玻璃鱗片樹脂襯里、薩維真內(nèi)襯、MC防腐涂料等。

（3）耐蝕金屬內(nèi)筒方案

整個內(nèi)筒都使用耐酸金屬板，不再另外布置防腐層。目前應用較多的是鈦合金鋼板。鈦合金鋼板由于其表面很容易生成鈍化的氧化膜，在許多特殊環(huán)境中，也可以保持十分穩(wěn)定的性質(zhì)。并且具有一旦局部破壞就可以自動修復性質(zhì)。由于價格高昂，鈦合金鋼板在目前國內(nèi)并不占據(jù)主導地位[11，12，26]。

三種不同煙囪防腐材料方案比較如表2所示：

表2 三種常見防腐方案的比較

3.2 煙氣再熱新技術

減小由于取消GGH后帶來的問題的最好辦法是將濕法脫硫后的煙氣進行加熱。而提高煙氣溫度后將有助于提高煙氣的擴散能力，從而減小污染物濃度。同時減少受熱面的腐蝕和堵塞。傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式煙氣再熱方式由于運行問題在實際應用中逐漸減少，新型的煙氣再熱方式（如：利用熱二次風再熱；直接燃燒加熱；管式換熱；蒸汽再熱；煙塔合一技術）等將在工程實際運用中越來越多。

（1）利用熱二次風加熱煙氣

將空氣預熱器后二次風風道抽取一部分熱二次風，直接注入到脫硫系統(tǒng)出口煙道，如圖1所示。

圖1 熱二次風加熱煙氣系統(tǒng)示意圖

在混合段，煙氣與二次風直接混合，將凈煙氣的溫度提高到合理的范圍之中，避免結(jié)露、腐蝕、煙囪雨的出現(xiàn)[13]。

根據(jù)工程試驗結(jié)果，采用該種煙氣再熱方式將會對整個鍋爐機組的運行及經(jīng)濟性產(chǎn)生如下幾點影響：1）隨著凈煙氣溫度的提高，熱一次風下降8℃，熱二次風溫度下降8～10℃，排煙溫度下降8～10℃；2）鍋爐熱效率約有0.5%～0.6%的下降；3）送、引風機，增壓風機功耗都有增加；4）供電煤耗有一定的增加（1.8～2.3 g/kW·h）[14-15]。

但利用熱二次風加熱具有投資小，風險小，操作和維護簡單，可充分利用已有設備等優(yōu)勢，目前在國內(nèi)一些電廠已有應用。

（2）直接燃燒再熱

如圖2所示，直接燃燒再熱法是在出口煙道附近設置的加熱爐內(nèi)，使用低硫燃油等清潔燃料通過燃燒器燃燒。燃燒所產(chǎn)生的熱煙氣將直接與脫硫后的凈煙氣相混合，由于燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度很高，所以需要的加熱煙氣占總煙氣量較少[28]。

圖2 直接燃燒加熱煙氣示意圖

國外一些電廠為了提高煙氣擴散能力，在煙囪底部直接加裝燃燒器，在氣相條件不利于煙氣擴散時，對煙氣進行臨時加熱。這種加熱方式較之于前者不需要設置復雜的加熱爐，所以投資較少，但是運行費用較高，主要用于清潔燃料的費用上[16，18，21]。

（3）管式換熱器

1）水媒式換熱器

水媒式換熱器分為兩個部分：一個高溫煙氣室，一個凈煙氣室。循環(huán)水在高溫煙氣室吸熱之后，通過強制再循環(huán)泵進入凈煙氣室，將熱量傳給低溫煙氣。工程實際中需蒸汽來進行輔助加熱熱媒水，達到所需煙氣溫度。水媒式換熱器的初期投資較高，并且占地面積大，還需要借助循環(huán)水泵來進行強制循環(huán)，在煙氣再熱技術中不具備較大優(yōu)勢[29]。圖3為重慶珞璜電廠采用的水媒式加熱器流程圖。

圖3 重慶珞璜電廠水媒式加熱器流程圖

2）熱管式換熱器

熱管式換熱器是一般通過水、導熱油或其他流體作為中間載體，將熱煙氣的熱量傳遞給凈煙氣。管內(nèi)是充有適量液體的密封管，保持負壓。中間載體在管內(nèi)有液體的一端吸收脫硫前煙氣的熱量汽化為蒸汽，蒸汽在熱管的另一端對凈煙氣放熱后冷卻凝結(jié)為液體。液態(tài)載體通過重力回流到被加熱的一端，如此循環(huán)，構成了一個由相變傳熱，以較小溫差輸送較大熱流的換熱器。熱管式換熱器由于材料要求高，必須維持管內(nèi)真空，難以在電廠中推廣應用[22-23]。

（4）蒸汽加熱器

蒸汽加熱器是利用汽輪機的三段抽汽和高壓缸排汽來加熱凈煙氣。通過蒸汽的流量來控制加熱煙氣溫度。蒸汽冷凝成為凝結(jié)水，由凝結(jié)水泵打回除氧器繼續(xù)回收利用。使用蒸汽加熱增加了機組的耗汽量，初期投資較大，煤耗率增加1.8～3 g/kW·h[25]。

（5）利用煙塔合一技術

煙塔合一技術又稱冷卻塔排煙技術，將脫硫后煙氣通過冷卻塔來排放，而不再增設煙囪。這種煙氣排放技術不僅減少了電廠的占地面積、提高了機組效率而且利用了冷卻塔內(nèi)循環(huán)水的巨大熱量加熱脫硫后的凈煙氣，增加了煙氣的自拔力，有助于煙氣的擴散，降低了污染物濃度，抑制了煙囪雨的形成。圖4為煙塔合一技術中低位進塔模式[17，27]。

圖4 低位進塔工藝流程圖

表3列出了幾種煙氣再熱措施的比較[22]。筆者認為在煙氣再熱技術中，應結(jié)合污染物限制濃度、材料耐溫能力、煙道散熱以及機組經(jīng)濟分析等各種因素決定煙氣再熱溫度的高低。

表3 煙氣再熱措施的比較

3.3 其它技術措施

除了采用煙氣再熱措施外，對除霧器的優(yōu)化：加強除霧器的沖洗；增加除霧器級數(shù)；控制除霧器入口煙氣流速等措施都將減輕煙囪雨現(xiàn)象。取消GGH后，采用濕式除塵器提高微小顆粒物的收集能力，可以有效解決煙囪雨與污染物濃度問題。如浙江地區(qū)的火電廠已經(jīng)開始采用這種除塵方式[24]。

3.4 煙道、煙囪的結(jié)構優(yōu)化

取消GGH后，火電廠都面臨著濕煙氣的排放問題，而我國目前濕煙囪都是沿用之前高溫干煙氣的設計圖紙，因此在面對50℃左右的濕煙氣時，容易出現(xiàn)腐蝕、積液區(qū)擴大等問題。除采取上述措施外，對煙道、煙囪進行結(jié)構上的優(yōu)化，對解決凝結(jié)水量增大具有積極意義。

（1）煙道內(nèi)部應盡量平滑，減少水淤積。研究表明，濕煙氣在煙道內(nèi)部的焊縫處及各處膨脹節(jié)的凝結(jié)量是其它位置的兩到三倍，所以膨脹節(jié)以及擋板等應布置在高處，煙道內(nèi)不允許設置加固件，以利于冷凝液的排放[9]。

（2）煙道的低位點設置排水設施[2]。

（3）在煙囪出口處裝設調(diào)節(jié)門。使用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)煙囪出口煙氣流速可以有效防止煙氣下洗和增強煙氣擴散[10]。

（4）將煙囪內(nèi)筒由“直筒型”改為“直筒型+出口收縮段型”。

（5）控制好煙道、煙囪內(nèi)煙氣流速并加強對煙囪內(nèi)疏水系統(tǒng)的監(jiān)管。

（6）新建電廠在取消GGH下宜采用套管式多管鋼煙囪[30]。

3.5 防止煙道堵塞的措施

對于脫硝系統(tǒng)的設置而引起的煙道堵塞問題，可采取的主要措施有：在檢修期間對脫硝系統(tǒng)的催化層的積灰、堵塞、磨損等情況進行處理；對脫硝的格柵噴口進行優(yōu)化改造，防止氨濃度局部過高；加強對脫硝系統(tǒng)的吹灰控制；增加催化劑的備用層以及對氨濃度的監(jiān)測。

4 結(jié)論

（1）設置回轉(zhuǎn)式GGH會對鍋爐運行產(chǎn)生一定的影響。

（2）取消回轉(zhuǎn)式GGH會帶來低溫腐蝕問題加?。粺焽栌昙拔廴疚锱欧?；煙道堵塞等問題。

（3）針對于取消回轉(zhuǎn)式GGH帶來的低溫腐蝕問題，涂料類方案中薩維真涂料與MC涂料在工程實際運用中較多。利用煙氣再熱的新技術以及濕式除塵器等措施將有效解決煙囪雨以及污染物排放問題。新技術中的利用熱二次風加熱煙氣以及煙塔合一技術目前發(fā)展的最為成熟。優(yōu)化煙道和煙囪結(jié)構，強化煙囪內(nèi)疏水系統(tǒng)將有助于緩和煙囪雨以及冷凝液排放問題。對脫硝系統(tǒng)加強對氨濃度的監(jiān)測，防止氨濃度過高，將有效解決煙囪堵塞問題。

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（長沙理工大學能源與動力工程學院，湖南長沙410004）

濕法脫硫系統(tǒng)取消了回轉(zhuǎn)式GGH后，出現(xiàn)了脫硫后的煙道和煙囪腐蝕，煙囪雨現(xiàn)象及煙道堵塞等問題。著重介紹、對比了防止煙道、煙囪腐蝕的防腐材料以及尾部煙氣再熱新技術。簡述了煙道、煙囪的結(jié)構優(yōu)化以及煙道防堵等措施。

GGH；腐蝕；煙囪雨；煙氣再熱；堵塞

Solutions for Problem s Caused by FGD System w ithout Rotary GGH and Solve M easures

LIU Xinchang,YAN Xiaozhong,GAO Chen,XU Longquan
（College of Energy and Power Engineering,Changsha University of Science and Technology,Changsha 410004,China）

After the FGD eliminates the rotary GGH,some phenomena such as flue and stack erosion after desulfurization,stack rain and flue blocking are observed.The anticorrosive material for preventing the corrosion of the flue and the chimney as well as the new technology of tail gas reheating are emphatically introduced and compared.The structure optimization of the flue and the chimney and the measures to prevent the blockage are also described.

GGH;corrosion;stack rain;flue gas reheat;blocking

X701.3

B

1001-6988（2016）05-0014-06

2016-05-17

劉昕昶（1992—），男，碩士研究生，研究方向為高效清潔燃燒與低污染物排放技術.