李偉農(nóng)

（上海外高橋發(fā)電有限責任公司，上海 200137）

0 引言

上海外高橋發(fā)電有限責任公司裝有4臺300 MW國產(chǎn)亞臨界發(fā)電機組，自2006年起陸續(xù)安裝和投入脫硫設備，至2008年上半年全部完成工程項目，其中1號機組和2號機組的脫硫系統(tǒng)，采用引進的濕法脫硫技術(shù)與工藝，配備煙氣加熱器（GGH），3號機組和4號機組的脫硫系統(tǒng)，采用國產(chǎn)的濕法脫硫技術(shù)與工藝，也配備GGH。

在經(jīng)歷了最初幾年新設備的運行生產(chǎn)后，脫硫系統(tǒng)的設備缺陷開始顯現(xiàn)，尤其是GGH的堵塞情況，隨著脫硫系統(tǒng)運行時間的增長，情況越來越嚴重。嚴重的GGH堵塞，影響了脫硫系統(tǒng)的正常運行和脫硫裝置的投運率，同時也影響了電廠的經(jīng)濟效益和環(huán)保形象，為了解決這一問題，優(yōu)化及改進項目提上了議事日程。

1 GGH堵塞原因分析

4臺機組的脫硫系統(tǒng)均配備GGH裝置，主要有轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子殼體、傳熱元件、轉(zhuǎn)子軸承和密封、轉(zhuǎn)子驅(qū)動設備、清洗裝置、吹掃系統(tǒng)組成。其工作原理是未脫硫的煙氣從水平主煙道引出，經(jīng)過增壓風機增壓后進入GGH，與傳熱元件熱交換后降溫煙氣進入吸收塔，在塔內(nèi)發(fā)生化學反應，凈化后的煙氣離開吸收塔，再回到GGH，煙氣溫度被加熱提高后進入煙道，如圖1所示。

圖1 脫硫煙氣流程示意圖

根據(jù)設計要求，煙氣經(jīng)過GGH被加熱至80～90℃進入煙道，由于煙溫高于露點溫度，減少了對煙道和煙囪的腐蝕，提高了煙囪出口煙氣的排放和抬升高度，對電廠周邊以及大氣環(huán)境起到良好的作用。在最初1年內(nèi)，由于是新設備投運，GGH堵塞的問題并未很嚴重，但是隨著運行時間的推移，GGH堵塞的問題越來越嚴重，如圖2所示，影響了脫硫系統(tǒng)的正常運行以及對脫硫裝置投運率的環(huán)保考核指標。

圖2 GGH堵塞狀況

按照常規(guī)的GGH設計理念，一般GGH的運行壽命為3～6年，滿足一個大修周期，但是實際運行情況并不是這樣，除了GGH的堵塞，還伴隨著堵塞物中的腐蝕性物質(zhì)帶來的傳熱元件的腐蝕問題，惡性循環(huán)后進一步加深了GGH的堵塞。例如，2009年3月1日機組最高負荷為300MW，原煙側(cè)壓差為0.37kPa，凈煙側(cè)壓差為0.43 kPa，過了28天原煙側(cè)壓差上升為1.01kPa，凈煙側(cè)壓差上升為1.17kPa，GGH受堵的趨勢不減，如圖3所示。

GGH自帶的清洗裝置、吹掃系統(tǒng)對這種堵塞已起不到清洗和吹掃的作用，只能利用停運脫硫裝置，不停運機組，或者利用機組調(diào)停，停機檢修的機會進行人工清洗，不但增加了很高的清洗費用，而且還增加了電廠檢修成本的壓力。隨著脫硫系統(tǒng)運行時間的延續(xù)，人工沖洗的時間間隔也越來越短。

圖3 2009年3月份GGH發(fā)生堵塞趨勢

GGH堵塞的主要原因如下：

1）傳熱元件 GGH的傳熱元件系裝置整套配供，采用緊湊型波紋板，波形緊湊，波高8.5 mm，長1 050mm，換熱面積為18 820m2，換熱效果好，但煙氣流通面積小，如圖4所示。

圖4 緊湊型傳熱元件

由于緊湊型波紋板表面波紋凹凸、溝槽較密，容易吸附煙氣中的灰塵以及脫硫后凈煙氣中的少量水和漿液顆粒，時間長了便會結(jié)成硬垢很難清除，加上GGH自帶的吹灰裝置沒有正反吹掃的功能，導致清洗效果越來越差，只能進行人工沖洗，而人工沖洗只能清除堵塞煙氣流通的大部分空間，許多死角依然存在。由于傳熱元件表面存在溫差大、振動等原因，造成表面搪瓷發(fā)生龜裂，加重了傳熱元件的腐蝕，甚至部分區(qū)域發(fā)生塌陷現(xiàn)象。GGH堵塞現(xiàn)象隨著時間的延續(xù)會反復出現(xiàn)，堵塞—清洗—再堵塞—再清洗，惡性循環(huán)，嚴重影響脫硫裝置的正常投用。

2）燃煤品質(zhì) 近年來，由于動力煤供應緊張，鍋爐燃燒的煤種來源地多、品質(zhì)下降、灰分高、灰的粘度大、硫分高，加上煤價高企，電廠為了降低成本，高品質(zhì)和低品質(zhì)的煤混合摻燒，使熱煙氣帶有大量灰分，進入GGH加劇了傳熱元件堵塞。經(jīng)過吸收塔脫硫的煙氣溫度一般在40～50℃，由于吸收塔運行控制的偏差以及發(fā)生設備缺陷等情況，煙氣中或多或少夾帶著濕度、水分以及三氧化硫（三氧化硫結(jié)露露點溫度約為75℃）進入GGH，不斷地腐蝕傳熱元件，特別是死角部位。被腐蝕破壞的傳熱元件表面，雖經(jīng)搪瓷工藝處理，由于粗糙不光滑，加大了吸附能力，造成局部塌陷，堵塞越來越嚴重。

3）除塵設備 每臺機組均安裝3臺電場除塵，隨著除塵效率的降低，也會造成GGH堵塞。出于節(jié)能減排考慮，我廠曾在2008年4季度通過試驗，推廣電除塵間歇供電運行方式，煙塵含量一度有所下降，但運行沒有多久，煙塵含量又慢慢恢復到原來水平，故于2008年底退出電除塵間歇供電方式的運行。2010年6月份完成1號機組電除塵改布袋除塵，投運后除塵效率大幅提高，有效改善了1號機組GGH的堵塞狀況。

4）吸收塔漿液池液位控制 由于1，2號機組脫硫系統(tǒng)和3，4號機組脫硫系統(tǒng)分別采用兩家制造廠的設備，在吸收塔漿液池液位控制的設計要求上有所不同。1，2號機組漿液池液位控制在8～9m；3，4號機組漿液池液位控制在10～11 m。在吸收塔的運行中，漿液池液位表面會產(chǎn)生大量的泡沫現(xiàn)象，這種泡沫現(xiàn)象使液位測量儀表無法讀出量值，如果液位控制偏高或者長時間處于高液位控制水平，大量泡沫會從吸收塔的原煙氣入口導入GGH，吸附在傳熱元件等一些死角部位，堵塞GGH。在熱煙氣進入GGH并加熱傳熱元件時，會蒸發(fā)掉泡沫中的水分，其中石灰石和石膏的小顆粒以及煙氣中的灰塵粘附在傳熱元件表面，結(jié)成硬垢。此種現(xiàn)象在吸收塔運行的初期，由于對液位控制還未有精準的計量，產(chǎn)生液位控制偏高或者長時間處于高液位控制水平，對GGH的堵塞埋下了隱患。

5）除霧器工作不正常及其他原因 從除霧器出來的凈煙氣中，夾帶有少量的水和漿液進入GGH后，粘結(jié)在換熱元件的表面，引發(fā)堵塞GGH。GGH在線吹灰裝置工作不正常，在線吹掃裝置布置不合理，噴嘴少，吹灰壓力偏小，除塵不干凈，諸多原因都會影響吹掃效果。GGH在線高壓沖洗裝置設計壓力偏小，噴嘴布置不合理，不能起到高壓沖洗干凈的效果。這些因素在脫硫系統(tǒng)長期運行后，日積月累，嚴重阻礙了GGH內(nèi)部煙氣流通的空間。

2 技術(shù)改造及措施

將原先緊湊型波紋板改造成大通道波紋板，如圖5所示。傳熱元件為L型，波高10mm，長1 050mm（按原傳熱元件尺寸），換熱面積為17 705 m2，重134t，凈煙氣排煙溫度為88.1℃，總壓降為0.69kPa。

圖5 L型大通道波紋板傳熱元件

L型大通道波紋板傳熱元件具有以下特點：

1）波形是根據(jù)GGH的運行環(huán)境，通過計算機軟件進行計算、選型，由定位板和波紋板組成一組。定位板采用平坦光滑過渡的直紋形式，波紋板采用光滑斜向的形式，使定位板與波紋板之間為點接觸。在模擬沖洗時可以看到?jīng)_洗介質(zhì)達到整個傳熱元件的表面，有利于清洗，壓差小，運行穩(wěn)定，沖洗效果十分顯著。

2）增加煙氣的通流面積，減少煙氣阻力，降低增壓風機導葉開度以及GGH電機的負載，減少脫硫系統(tǒng)的能耗，增加GGH的有效投運率。

3）采用涂搪專用零碳鋼板（含碳量低于0.001 5%）及優(yōu)質(zhì)釉粉，并用先進的干法靜電噴涂工藝，確保傳熱元件邊緣及各面搪瓷的均勻、光滑，從而使石膏和飛灰粘結(jié)傳熱元件的面積大幅減少，降低堵塞的機率。據(jù)統(tǒng)計，2008年和2009年是GGH堵塞高峰年，從2010年開始對GGH的傳熱元件進行改造，1號機組于2010年6月改造完成投運；3號機組于2010年12月改造完成投運；2號機組于2011年2月改造完成投運；4號機組改造已經(jīng)列入計劃。

圖6 4臺機組年人工沖洗次數(shù)

改造后GGH的差壓減小，運行安全、穩(wěn)定，傳熱元件表面不易粘結(jié)石膏、漿液和飛灰，GGH堵塞的概率大大降低，人工清洗次數(shù)明顯下降，圖6為2006年至2011年1～4號機組人工沖洗次數(shù)的示意圖。

由于4號機組還未改造，GGH依然有堵塞，需要停用脫硫系統(tǒng)進行人工清洗，其他機組僅利用檢修和調(diào)停計劃進行預防性人工清洗，尤其是1號機組2010年6月同步完成布袋除塵技術(shù)改造后，除塵效率大幅度提高，使得除塵器出口的灰塵量大幅度下降。經(jīng)過上述技術(shù)改造，改變了GGH堵塞狀況，1號機組從2010年6月至今，還未進行過人工清洗。

3 切磋與體會

火電廠脫硫裝置全面配備運行，從啟動到目前近5年，前期脫硫裝置技術(shù)改造的電廠大多選有GGH，GGH運行一段時間后，便會產(chǎn)生堵塞和部分堵塞的情況。這其中GGH傳熱元件的選型，是一個非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。由于對GGH實際運行未有相關(guān)的經(jīng)驗，在選型上主要從換熱效率上考量偏多，大多采用緊湊型的傳熱元件，這為以后GGH的堵塞埋下了隱患，嚴重影響到脫硫裝置的投運率。

我廠在改造實踐中，采用10mm波高的傳熱元件，從實際運行數(shù)據(jù)來看，低負荷工況下GGH出口排煙溫度能滿足高于煙氣的飽和溫度，所以GGH改造時還可以采用更高波高的傳熱元件（如波高為11～12mm）。在保證排煙溫度的前提下，增加波高就相當于增加了煙氣的通流面積，更有利于GGH長期無堵塞運行，有利于降低增壓風機電流，有效起到節(jié)能效果。

造成GGH的堵塞，還有一個重要的因素，是企業(yè)在成本加大的壓力下，采用混燒或者摻燒低品質(zhì)的燃煤，使燃燒后的煙氣帶有大量灰分，在同樣工況下電除塵的除塵效率就會下降，進入GGH煙氣中的灰塵相應增加，加劇傳熱元件的堵塞，所以說除塵效率的高低，直接影響到GGH的堵塞程度。

我廠1號機組實施布袋除塵技術(shù)后，除塵效率大幅度提高，改善了GGH的堵塞狀況。但是，實施布袋除塵技術(shù)改造的費用很高，單獨進行這樣的改造，很多電廠會考慮到投入的成本。目前，火電廠正在進行新一輪的脫硝技術(shù)改造，在脫硝技術(shù)改造中合并考慮布袋除塵的技術(shù)改造，使這兩項環(huán)保技術(shù)和脫硫技術(shù)一起，在大幅度降低SOx、NOx、煙塵顆粒的排放中起到積極的作用。

GGH在投運前已經(jīng)配備了在線高壓水沖洗裝置和在線吹掃裝置，但在GGH堵塞時，吹掃裝置起不到清灰和除垢的目的。通過技術(shù)改造，尤其是對GGH傳熱元件改造后，及時消除了這兩個系統(tǒng)的缺陷，采用定期或持續(xù)的進行吹灰作業(yè)，尤其是在機組停機大修、小修期間，除了用高壓水沖洗之外，還可以進行預防性的人工清洗，用以徹底消除堵塞和硬垢。

利用檢修期間進行吹掃作業(yè)，不會影響脫硫裝置的投運率，并可對吹掃裝置和清洗裝置的噴嘴，利用檢修機會進行合理布置，用以確保吹掃高效。進一步加強脫硫裝置的運行和檢修管理。例如，適當提高空氣壓縮機的出口壓力和高壓沖洗水的壓力，加強對脫硫運行數(shù)據(jù)的監(jiān)控，尤其是監(jiān)視GGH壓差上升的趨勢，適當增加在線高壓水沖洗次數(shù)，控制調(diào)整好吸收塔液位等。通過優(yōu)化運行方式，強化運行調(diào)整手段。

4 結(jié)語

石灰石—石膏濕法脫硫工藝，是目前廣泛應用的一項脫硫工藝，脫硫效率可超過90%，通過近5年的不斷改造和完善，脫硫效率基本達到95%，二氧化硫排放濃度小于100mg／m3。尤其是通過GGH傳熱元件的技術(shù)改造，在保證脫硫裝置投運率的同時，還達到從2012年1月1日起實施的國家《火電廠大氣污染物排放標準》對SO2排放的要求。對GGH傳熱元件的改造，證實了在設計初期選用高效的濕法脫硫工藝，而不是選用干法或半干法等效率偏低的脫硫工藝是正確的。同時，在實際運行中，檢修方面完好的設備保障，運行方面的優(yōu)化運行方式同樣是關(guān)鍵。

針對硫分偏高的煤種，合理用低硫分煤進行摻燒，進一步降低原煙氣中的含硫量?？刂坪梦账袧{液的pH值；根據(jù)負荷的高低，合理調(diào)度漿液循環(huán)泵的投用；通過優(yōu)化檢修、加強管理、吸收好的經(jīng)驗和先進的技術(shù)；通過技術(shù)改造提高脫硫裝置的效用，減少SOx排放，還需努力和完善。