GGH系統(tǒng)在電廠1000MW機(jī)組中的技術(shù)應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)分析

王玉敬，高鵬，劉蒙，顧衛(wèi)衛(wèi)

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

華電集團(tuán)某電廠為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放要求，對(duì)4期1臺(tái)1000MW機(jī)組進(jìn)行了超低排放改造，增設(shè)GGH系統(tǒng)(煙氣冷卻器＋煙氣再熱器)，并對(duì)干式電除塵器和脫硫吸收塔進(jìn)行了改造。該機(jī)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(dá)到預(yù)期的性能要求。

1 GGH系統(tǒng)的工藝原理和技術(shù)應(yīng)用

煙氣換熱器(Gas-Gas Heater，以下簡稱GGH)技術(shù)是從三菱日立電力系統(tǒng)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(shè)置煙氣再加熱器，三菱日立電力系統(tǒng)開發(fā)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(xiàng)技術(shù)很快在燃煤電廠得到大量的推廣應(yīng)用。

電廠8號(hào)1000MW機(jī)組所應(yīng)用的GGH裝置，全套采用最先進(jìn)的日本三菱日立公司技術(shù)，可分為煙氣冷卻器和煙氣再熱器。其原理是利用鍋爐空預(yù)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(zhì)(通常為除鹽水)，再利用加熱后的熱媒水循環(huán)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(jìn)煙氣擴(kuò)散，進(jìn)而有效緩解“白煙”現(xiàn)象。

設(shè)備的大致布置順序?yàn)椋簾煔饫鋮s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(yù)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(jīng)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(zhuǎn)式煙氣換熱器，這套系統(tǒng)完全避免了原煙氣向凈煙氣方向的泄漏，增強(qiáng)了各設(shè)備之間的協(xié)同效果，既做到了煙氣余熱的深度利用，同時(shí)也極大增強(qiáng)了污染物的脫除效率。

2 GGH系統(tǒng)中存在的問題和應(yīng)對(duì)措施

GGH系統(tǒng)在電廠機(jī)組的運(yùn)行過程中，主要會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)方面的問題。

（1）煙氣冷卻器的磨損。磨損是煙氣冷卻器運(yùn)行中常見的現(xiàn)象，煤粉燃燒后產(chǎn)生的煙氣中存在大量的飛灰顆粒，飛灰在換熱表面產(chǎn)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(duì)換熱面管束會(huì)造成相當(dāng)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(fā)相凝結(jié)和團(tuán)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(dòng)，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(tài)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(dòng)的阻力。

（3）低溫腐蝕問題。煙冷器運(yùn)行過程中，若模塊管內(nèi)熱媒水進(jìn)口溫度的設(shè)計(jì)值過低，換熱元件表面的溫度會(huì)低于飽和溫度以下，煙氣中的水分在換熱管表面結(jié)露，容易造成灰的粘結(jié)，導(dǎo)致?lián)Q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(tài)與粉塵結(jié)合被除塵器捕捉，會(huì)以氣態(tài)的形式存在，并對(duì)下游的設(shè)備產(chǎn)生腐蝕危害。

針對(duì)以上可能存在的問題，工程總承包方浙江某煙氣凈化系統(tǒng)工程有限公司結(jié)合三菱日立公司多年以來的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提出了以下應(yīng)對(duì)措施。

（1）防磨損的技術(shù)措施。磨損是煙氣余熱換熱器運(yùn)行中較常見的現(xiàn)象，影響飛灰對(duì)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(xué)性質(zhì)，以及受熱面的布置與結(jié)構(gòu)特性和運(yùn)行工況等。在GGH系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，主要考慮采取以下幾個(gè)方面的措施：①換熱面管束順列布置（錯(cuò)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(xiàng)目在換熱器前加裝了假管，換熱器磨損最嚴(yán)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(jì)算軟件流體分析+物模試驗(yàn)的方法。在進(jìn)口煙道處布置導(dǎo)流板，保證煙道內(nèi)流場均勻、流速合理，防止出現(xiàn)死角，避免局部渦流導(dǎo)致的嚴(yán)重磨損，并控制煙氣流速在10m/s左右。

（2）防積灰的技術(shù)措施。煙氣冷卻器中的飛灰不僅會(huì)污染傳熱管的表面，影響傳熱效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞煙氣流動(dòng)的通道，增大煙氣流動(dòng)的阻力，甚至影響煙氣冷卻器的安全運(yùn)行。對(duì)于積灰的處理，主要考慮采取以下方面：①充分確?；业母蓱B(tài)。例如當(dāng)吹灰器氣動(dòng)吹灰時(shí)，采取必要的措施，消除因液態(tài)水吹到換熱管表面所產(chǎn)生的煙氣粉塵粘結(jié)的問題，避免煙氣阻力上升和模塊腐蝕。②為保證煙道流動(dòng)通暢，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不要存在大量可能的積灰點(diǎn)；③保證煙氣流速均勻，設(shè)計(jì)煙氣流速在10m/s左右，使煙氣在流動(dòng)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(dòng)阻力。本項(xiàng)目每臺(tái)機(jī)組設(shè)置有6臺(tái)煙氣冷卻器和1臺(tái)煙氣再熱器，每臺(tái)煙氣冷卻器設(shè)置6支吹灰器，每臺(tái)煙氣再熱器設(shè)置16支吹灰器，共計(jì)52支。通過定期吹掃GGH模塊，去除積灰，保證換熱面的導(dǎo)熱性能。

（3）防腐蝕的技術(shù)措施。針對(duì)煙氣冷卻器換熱管表面煙氣水蒸汽結(jié)露的問題，三菱日立通過大量的工程業(yè)績證明，當(dāng)煙氣冷卻器進(jìn)口熱媒水的溫度設(shè)計(jì)在70℃（具體溫度根據(jù)煙氣條件計(jì)算）以上，可有效避免煙氣換熱管表面的煙氣冷凝、粉塵粘結(jié)和腐蝕等問題。

電廠8號(hào)機(jī)組鍋爐空預(yù)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(diǎn)以下，使煙氣中的氣態(tài)SO3冷凝成液態(tài)，吸附于煙塵上，被后續(xù)低低溫電除塵器脫除。通常燃煤電廠煙氣中的SO3的酸露點(diǎn)范圍為85~105℃，這也是本套系統(tǒng)的適用溫度范圍。

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

通過大量成功的運(yùn)行業(yè)績證明，煙氣冷卻器出口的溫度設(shè)計(jì)在90℃時(shí)，超低排放系統(tǒng)的性價(jià)比最理想。因此，本次改造工程中，煙氣冷卻器出口溫度的設(shè)計(jì)運(yùn)行值設(shè)定為90℃。

（4）換熱管型式及材質(zhì)選擇。在GGH系統(tǒng)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(dǎo)熱性能；與其它形式相比，在達(dá)到相同的換熱效率時(shí)，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(nèi)具有大量成功的運(yùn)行業(yè)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(yīng)用。

3 結(jié)語

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

（2）合理設(shè)置導(dǎo)流板、優(yōu)化設(shè)計(jì)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(zhì)，有效解決磨損積灰腐蝕等問題。

（3）GGH系統(tǒng)(煙氣冷卻器+煙氣再熱器)可在各種鍋爐負(fù)荷下安全穩(wěn)定運(yùn)行，維修簡單，有效降低機(jī)組的運(yùn)行能耗。

（4）GGH系統(tǒng)(煙氣冷卻器+煙氣再熱器)與電除塵器、脫硫吸收塔協(xié)同工作，可有效減少燃煤電廠的污染物排放，實(shí)現(xiàn)煙氣凈化的最優(yōu)化。