陳 震，張 晟，張 祎，衛(wèi)建英

（1.上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437；2.外高橋第三發(fā)電責(zé)任有限公司，上海 200137；3.上海吳涇發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200241；4.上海電力股份公司閔行發(fā)電廠，上海 200240）

1 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行概述

脫硫系統(tǒng)設(shè)置煙氣換熱器（GGH），可以降低進(jìn)入吸收塔原煙氣溫度，減少吸收塔水耗；還可以提高凈煙氣溫度，減緩吸收塔下游設(shè)施腐蝕，有利煙囪排放口煙羽抬升、煙氣擴(kuò)散及減少白煙現(xiàn)象。然而，設(shè)置GGH的負(fù)面影響也是顯而易見的。GGH是脫硫裝置中最大的單體設(shè)備，不僅占地面積大而且煙道布置復(fù)雜，初投資費(fèi)用需要增加10%～15%，煙氣系統(tǒng)阻力約增加1kPa，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易結(jié)垢，而且維護(hù)工作量大。

倘若脫硫系統(tǒng)取消GGH，即原煙氣噴水降溫后直接進(jìn)入吸收塔，經(jīng)吸收塔處理后的凈煙氣直接從煙囪排入大氣。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省占地面積及簡化煙道布置；降低工程投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；降低電耗；提高煙氣脫硫（FGD）運(yùn)行可靠性。不足之處是由于進(jìn)入吸收塔的原煙氣溫度較高，需要釋放更多的熱量和蒸發(fā)更多的水分才能達(dá)到絕熱飽和狀態(tài)，因此要消耗更多的工藝?yán)鋮s水；不利于煙囪排放口煙羽抬升及煙氣擴(kuò)散；不利于降低污染物稀釋后的落地濃度及減少水霧形成。

目前，燃煤電廠是否設(shè)置GGH的問題，在國內(nèi)已經(jīng)越來越成為焦點(diǎn)，幾乎所有觀點(diǎn)都支持取消GGH，主要原因是結(jié)垢、腐蝕和堵塞已經(jīng)成為FGD系統(tǒng)的重大故障之一，嚴(yán)重影響FGD系統(tǒng)的安全運(yùn)行。上海地區(qū)除了寶鋼自備電廠和上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱外高橋一廠）以及金山熱電廠設(shè)置了回轉(zhuǎn)式GGH后，后續(xù)建設(shè)的電廠都取消了GGH，改為濕煙囪。取消GGH也是近幾年提出并在各地電廠開始實(shí)施的，但是，長時(shí)間運(yùn)行后出現(xiàn)的濕煙囪和煙道腐蝕，對(duì)FGD系統(tǒng)運(yùn)行安全產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響，同時(shí)也給周邊環(huán)境帶來石膏雨。

本文主要描述在脫硫系統(tǒng)中取消GGH，其帶來的生產(chǎn)運(yùn)行安全隱患和生態(tài)環(huán)境影響，提請(qǐng)各火電廠在建設(shè)脫硫系統(tǒng)時(shí)，不應(yīng)盲目取消脫硫系統(tǒng)的GGH。

2 脫硫系統(tǒng)設(shè)置GGH運(yùn)行分析

2.1 GGH的作用

GGH是采用蓄熱加熱的原理，利用脫硫前未經(jīng)過處理的原煙氣的熱量，加熱脫硫后的潔凈煙氣，主要有2個(gè)作用。

1）提高排煙溫度和抬升煙氣高度 提高煙氣溫度，增大了煙羽的浮力，同時(shí)也提高了煙氣離開煙囪后的高度，使煙羽更好地?cái)U(kuò)散，有利防止煙羽下洗，降低污染物稀釋后的落地濃度，減少水霧形成。

例如：上海外高橋一廠的2臺(tái)300MW機(jī)組合用煙囪，高度為210m，在環(huán)境濕度未飽和的條件下，安裝和不安裝GGH時(shí)，主要污染物對(duì)地面濃度的貢獻(xiàn)值如表1所示。

表1 污染物對(duì)地面濃度的貢獻(xiàn)值1）0.15mg／m3

由表1數(shù)值可知，由于粉塵和SO2的源強(qiáng)度在除塵和脫硫后大大降低，設(shè)置GGH后其污染物對(duì)周邊環(huán)境的貢獻(xiàn)值，要比無GGH有較大幅度的下降。

2）減輕尾部煙道和煙囪的腐蝕 最初設(shè)置GGH的主要目的是為了減輕腐蝕，但眾多現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行表明，煙氣經(jīng)GGH加熱后能夠減輕尾部煙道和煙囪的腐蝕，如表2所示。

表2 上海地區(qū)燃煤電廠煙囪腐蝕情況

2.2 運(yùn)行中存在的問題

GGH的結(jié)垢、堵塞和腐蝕是個(gè)共性問題，寶鋼自備電廠、外高橋一廠以及金山熱電廠的GGH都存在這些問題，對(duì)自身系統(tǒng)的能耗和安全性都有一定程度的降低。金山熱電廠在2007年的檢修中發(fā)現(xiàn)1號(hào)和2號(hào)FGD系統(tǒng)的GGH泄漏嚴(yán)重，如圖1所示。寶鋼自備電廠因設(shè)備軸承底座和轉(zhuǎn)子發(fā)生偏移，GGH也發(fā)生結(jié)垢和堵塞泄漏，如圖2所示。

圖1 金山熱電廠GGH積灰嚴(yán)重

圖2 寶鋼自備電廠GGH腐蝕嚴(yán)重

2.3 運(yùn)行中采取的措施

為了減緩GGH的積灰和結(jié)垢，在運(yùn)行中采取了多種措施。

1）加大吹灰力度 每班用壓縮空氣或蒸汽吹掃一次作為制度，必要時(shí)增加吹掃次數(shù)。常用汽吹或氣吹不傷換熱元件，不必到積重難返時(shí)，再傷害性地用高壓水沖洗。若吹灰后壓降仍未到設(shè)定值，可再走一遍程控繼續(xù)吹灰。

外高橋一廠的FGD系統(tǒng)運(yùn)行能基本保持GGH干凈，主要原因是不斷地用足量的壓縮空氣對(duì)GGH進(jìn)行吹掃，這樣雖然空氣耗量很大，但能防患于未然。所以加強(qiáng)吹灰系統(tǒng)管路通暢和正常運(yùn)行極為重要。

在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)用蒸汽吹灰比用壓縮空氣吹灰效果更明顯，并且在GGH上下都設(shè)置吹灰裝置，將會(huì)有更好的效果。

2）采用高壓水沖洗 當(dāng)GGH的壓差高達(dá)正常值的1.5倍時(shí)，用10～15MPa的高壓水進(jìn)行在線沖洗，這是一般GGH廠家的要求，但到1.5倍時(shí)再進(jìn)行沖洗已經(jīng)太晚，應(yīng)定期進(jìn)行檢查，摸索出合理的高壓水沖洗時(shí)機(jī)。采用高壓水進(jìn)行在線沖洗時(shí)，一定要沖洗干凈，否則停留時(shí)間太長，更加難清除。

日常應(yīng)保持噴嘴和管路通暢，避免被雜質(zhì)和鐵銹堵塞。沖洗管道不應(yīng)有泄漏，這樣會(huì)產(chǎn)生濕環(huán)境加劇結(jié)垢形成。若在線沖洗已經(jīng)無法達(dá)到壓降要求，只能停運(yùn)FGD系統(tǒng)，用更高壓水進(jìn)行離線人工清洗。但不建議進(jìn)行頻繁的高壓水沖洗，會(huì)對(duì)設(shè)備壽命有很大的損傷，特別是換熱元件上的搪瓷鍍片。

3）化學(xué)清洗 當(dāng)GGH結(jié)垢太硬、太厚無法用高壓水清洗干凈時(shí)，只能采用化學(xué)清洗。一般采取堿洗—水洗—酸洗流程。雖然效果明顯，但過程控制精細(xì)，時(shí)間較長，花費(fèi)較多，對(duì)換熱元件也有損害。

4）改進(jìn)GGH的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如換熱面高度、換熱片間距、換熱片材料。外高橋一廠在2011年的GGH改造中，把原緊湊型換熱元件DNF（波高為8.5mm，高度為1.05m）更換為L型大通道波形傳熱元件（L－2波高為12mm），且降低傳熱元件高度（從1.05m降至0.85m），加強(qiáng)了GGH的吹掃能力，但在加熱煙氣的能力上要比原來的有所削弱。

5）加強(qiáng)煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)督 需要經(jīng)常校準(zhǔn)密度計(jì)、液位計(jì)以及避免漿液溢流，避免漿液反流到GGH。分析GGH運(yùn)行數(shù)據(jù)，掌握GGH結(jié)垢規(guī)律，總結(jié)GGH運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定合理的吹掃周期和時(shí)間，把握高壓水投運(yùn)的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間。

6）優(yōu)化鍋爐的燃燒 在煙氣換熱器入口處增設(shè)煙塵儀，在線監(jiān)測煙氣中粉塵含量，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。提高除霧器性能，減少水滴、泥漿的帶入量，減輕煙氣換熱器的堵塞結(jié)垢問題，提高電除塵效率。

通過采取以上針對(duì)性的消缺技術(shù)運(yùn)行措施，目前上海地區(qū)各火電廠有GGH運(yùn)行的脫硫系統(tǒng)，運(yùn)行已經(jīng)相當(dāng)穩(wěn)定，其脫硫投運(yùn)率達(dá)到90%的考核要求，已經(jīng)將GGH堵塞結(jié)垢影響生產(chǎn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

3 脫硫系統(tǒng)不設(shè)置GGH運(yùn)行分析

無GGH運(yùn)行的脫硫裝置，其排煙溫度降低至50℃左右。由于進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度較高，需要釋放更多的熱量和蒸發(fā)更多的水分才能夠達(dá)到絕熱飽和狀態(tài)。與設(shè)置GGH脫硫系統(tǒng)方案相比，二套脫硫系統(tǒng)裝置工藝水消耗增加。由于不需要GGH驅(qū)動(dòng)電機(jī)、密封和低泄露風(fēng)機(jī)，減少了功耗，使脫硫系統(tǒng)煙氣阻力降低，節(jié)省脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)的軸功率。提高了脫硫裝置運(yùn)行的可靠性和可利用率，同時(shí)也減少了維護(hù)和檢修工作量。

3.1 運(yùn)行中存在的問題

1）給環(huán)境帶來的危害 SO2和NOx的地面最大落地濃度及出現(xiàn)的SO2地面最大落地濃度約為設(shè)GGH時(shí)的1.5～2倍。NOx排放對(duì)電廠周圍及附近區(qū)域環(huán)境有較大影響，其污染物地面最大落地濃度出現(xiàn)的距離距污染源的距離縮短。煙囪白煙現(xiàn)象加重，影響人們的視覺，同時(shí)遇到不利于煙氣擴(kuò)散的氣象條件時(shí)，煙囪周圍還可能會(huì)有小液滴產(chǎn)生。

2）給運(yùn)行設(shè)備帶來的危害 脫硫后煙氣溫度為40～50℃，易冷凝結(jié)露，且濕度大處于飽和，并在潮濕環(huán)境下產(chǎn)生腐蝕性液體。在實(shí)際運(yùn)行中，濕煙囪泡沫玻璃磚脫落、連接處產(chǎn)生縫隙導(dǎo)致煙囪腐蝕甚至穿孔。

對(duì)FGD系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來非常嚴(yán)重的危害，給濕煙囪造成嚴(yán)重的腐蝕。上海地區(qū)火電廠濕煙囪腐蝕案例如圖3所示。

3.2 運(yùn)行中采取的措施

1）目前采取的防腐措施主要是對(duì)煙囪內(nèi)壁進(jìn)行內(nèi)襯防腐處理，上海地區(qū)除了兩處電廠干煙囪（耐酸磚加防腐涂料）外，濕煙囪基本都采用發(fā)泡耐酸玻璃磚內(nèi)襯，這是一種性價(jià)比較高的選擇，鈦板內(nèi)襯和鎳基耐蝕合金鋼板內(nèi)襯防腐效果好，但是價(jià)格比較高，采用鈦鋼內(nèi)襯的煙囪成本超過5 000萬元，國內(nèi)還沒有鎳基合金鋼內(nèi)襯煙囪的報(bào)道。除了發(fā)泡玻璃磚，還有石洞口一廠采用的聚脲樹脂涂料層，因?yàn)槠錈煔饬魉俅?，最高時(shí)超過30m／s，一般材料無法抵抗如此強(qiáng)烈的沖刷腐蝕，但是聚脲的抗熱性能不夠好。玻璃磚的特點(diǎn)是在高溫和高濃度的SO2和SO3氛圍中有很強(qiáng)的抗腐蝕能力，低的膨脹特性可耐受熱沖擊和高溫，保溫性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)緊密，防滲漏能力強(qiáng)，質(zhì)量輕，易切割。由專用的具有抗煙氣腐蝕能力的黏結(jié)膠泥黏貼。實(shí)際運(yùn)行表明，發(fā)泡耐酸玻璃磚是煙囪防腐的良好材料。

圖3 濕煙囪腐蝕案例

2）要注意施工時(shí)的涂抹黏貼防腐材料質(zhì)量和FGD系統(tǒng)停機(jī)時(shí)對(duì)煙囪的維護(hù)檢修。減輕出現(xiàn)防腐層厚度不一等施工問題的影響。在原料質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上，施工質(zhì)量問題應(yīng)該是主要因素。這么多的磚塊、磚縫要求全部飽滿填塞耐酸膠泥是很難做到的，尤其是豎向縫。當(dāng)結(jié)露的酸液滲到有空隙的磚縫中，接觸到鋼內(nèi)筒，便是一個(gè)腐蝕點(diǎn)。有了腐蝕點(diǎn)之后，很快會(huì)擴(kuò)散到其它地方，導(dǎo)致整個(gè)鋼內(nèi)筒在較短時(shí)間內(nèi)全面受腐蝕。

3）煙氣對(duì)煙囪表面的腐蝕與表面煙氣的流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)。對(duì)于中上部的煙囪表面，盡管煙氣流速較高，但此時(shí)煙氣流動(dòng)狀態(tài)變化比較平緩，煙氣基本沿平行表面方向流動(dòng)，對(duì)表面的沖刷作用相對(duì)較弱。在煙囪下部，煙氣由于受氣流入口的影響，局部區(qū)域氣流流態(tài)變化較大，會(huì)對(duì)煙囪局部表面有較強(qiáng)的沖刷作用，改善煙氣流動(dòng)狀態(tài)、煙囪底部選用耐沖蝕的材料也是比較實(shí)用的運(yùn)行措施。

4）通過增設(shè)GGH來提高排煙溫度，減緩煙氣對(duì)煙囪的腐蝕以及對(duì)濕煙囪帶來的危害，這是在當(dāng)前防腐材料、施工工藝、驗(yàn)收不夠完善時(shí)，采取的一種有效的技術(shù)措施。

4 結(jié)語

1）為了節(jié)約運(yùn)行成本，采用濕法脫硫后，不加GGH運(yùn)行已是大多電廠選擇的方案，但這方案對(duì)煙囪內(nèi)壁腐蝕性較強(qiáng)。由于脫硫后煙氣的含水量增大，溫度低于酸露點(diǎn)，煙氣密度增加，煙囪自拔力減小使得煙氣壓力升高。脫硫后的煙氣屬低溫高濕稀酸型，對(duì)吸收塔的后煙道和煙囪內(nèi)壁有非常強(qiáng)的腐蝕性。

2）通過這幾年的運(yùn)行實(shí)踐，對(duì)GGH的結(jié)垢、堵塞和腐蝕采取了合理的運(yùn)行措施后，脫硫系統(tǒng)已經(jīng)完全能達(dá)到環(huán)保局考核投運(yùn)率90%、脫硫效率95%的考核要求。

3）根據(jù)上海地區(qū)火電廠有GGH煙囪腐蝕檢查結(jié)果看，其煙囪腐蝕明顯高于無GGH煙囪。

4）采用GGH煙囪的電廠，不會(huì)產(chǎn)生石膏雨，給周邊環(huán)境帶來的影響最小，符合綠色環(huán)保政策需求，但運(yùn)行成本、生產(chǎn)的維護(hù)工作量、能耗有所增加。

5）對(duì)于無GGH煙囪的電廠，必須選用合適的防腐材料，嚴(yán)格的施工工藝，進(jìn)一步加強(qiáng)煙囪維護(hù)檢修力度，才能有效減緩煙囪腐蝕。

6）隨著國家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)謹(jǐn)，城市不斷擴(kuò)大，市區(qū)居民向郊區(qū)遷移，電廠周圍居民聚集，公眾環(huán)保維權(quán)意識(shí)的覺醒，濕煙囪帶來的石膏雨會(huì)給上?；痣姀S生產(chǎn)和運(yùn)行帶來新問題，影響綠色電廠的環(huán)保理念，上海火電廠增設(shè)GGH，提高排煙溫度來加強(qiáng)煙羽抬升、煙氣擴(kuò)散，是今后綠色電廠的建設(shè)思路。