火電廠濕法煙氣脫硫改造工程配置氣-氣換熱器（GGH）利弊的再探討
0 前言
在脫硫系統(tǒng)中，為避免吸收塔排出的低溫濕煙氣腐蝕煙道和煙囪內(nèi)壁，同時(shí)提高煙囪排出煙氣的抬升高度以利于污染物的擴(kuò)散，避免排煙降落液滴，常設(shè)氣-氣換熱器（簡(jiǎn)稱GGH）裝置。我國《火力發(fā)電廠煙氣脫硫設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(2004)規(guī)定，煙氣系統(tǒng)宜裝設(shè)煙氣換熱器。；在歐洲、日本，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求煙囪排煙溫度不低于75℃，因此，其煙氣脫硫系統(tǒng)基本上都設(shè)置了GGH。
我國自2006年以來，大量的火電機(jī)組在短短兩、三年的時(shí)間內(nèi)集中進(jìn)行了加裝脫硫系統(tǒng)的改造。當(dāng)初根據(jù)國內(nèi)有些專家和學(xué)者的意見，參照美國20世紀(jì)80年代中期以后安裝的脫硫系統(tǒng)基本不設(shè)置GGH的情況，同時(shí)取消GGH可節(jié)省脫硫系統(tǒng)建設(shè)投資，經(jīng)濟(jì)性顯著，因此，國內(nèi)絕大部分火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)都取消了GGH。
由于火電廠煙氣脫硫技術(shù)在我國起步晚，缺乏運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些潛在的技術(shù)問題認(rèn)識(shí)不全面。從近幾年的實(shí)際運(yùn)行情況看，老機(jī)組脫硫改造取消GGH后煙囪防腐問題難以解決，即影響到了脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，也影響到了煙囪的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。
1 業(yè)界關(guān)于配置和取消GGH的觀點(diǎn)
在我國進(jìn)行大規(guī)模脫硫改造階段的初期，配置和取消GGH兩家流派進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的爭(zhēng)論和交鋒，普遍認(rèn)為應(yīng)配置和和取消GGH的理由是：
配置GGH的優(yōu)缺點(diǎn)：
（1）可提高煙囪排出煙氣的抬升高度以利于污染物的擴(kuò)散，防止NOX落地濃度超標(biāo)。
（2）解決煙囪冒"白煙"問題，無視覺污染。避免排煙降落液滴問題。
（3）煙囪防水防腐問題較單一。
（4）安裝GGH后，由于GGH部件的腐蝕和換熱元件的堵塞會(huì)降低FGD系統(tǒng)的可用率，增加GGH的維修費(fèi)用。
取消GGH的優(yōu)缺點(diǎn)：
（1）無論安裝GGH與否，經(jīng)石灰石-石膏濕法脫硫工藝處理后的煙氣均存在對(duì)煙囪和煙道的腐蝕問題，煙道和煙囪防腐措施仍必不可少。認(rèn)為安裝GGH是多余的。
（2）取消GGH，由于不存在GGH的腐蝕和堵塞問題，可提高FGD系統(tǒng)的可靠性和可用率。
（3）取消GGH，脫硫煙氣系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化，減少了與GGH相配套的蒸汽吹掃系統(tǒng)、壓縮空氣、沖洗水系統(tǒng)。可節(jié)省脫硫系統(tǒng)建設(shè)投資和GGH的維護(hù)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性顯著。
（4）煙囪防水防腐環(huán)境復(fù)雜、優(yōu)良的防腐材料價(jià)格高昂。
不少文獻(xiàn)指出，取消GGH后對(duì)大氣環(huán)境的不利影響是增加的。同時(shí)很顯然，煙囪防腐是近期才被人們所認(rèn)識(shí)的問題，以前取消GGH更多的不是從環(huán)保的訴求和本質(zhì)改善來考慮的，可降低脫硫建設(shè)的直接成本（不含煙囪防腐的成本和維護(hù)費(fèi)用）才是主要的。
2 老機(jī)組脫硫改造中取消GGH實(shí)際運(yùn)行中遇到的主要難題
我公司某廠有300MW機(jī)組和600MW機(jī)組各2臺(tái)，2006年全部進(jìn)行煙氣脫硫改造，配備了GGH。后來，我公司其他機(jī)組的脫硫改造中，參照國內(nèi)的普遍做法，都取消了GGH。經(jīng)過幾年的脫硫?qū)嶋H運(yùn)行，我們發(fā)現(xiàn)GGH堵塞對(duì)脫硫設(shè)施的投運(yùn)率有較大的影響，但每年的老煙囪防腐對(duì)脫硫設(shè)施投運(yùn)率也有很大的影響，詳見下表2-1。
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表2-1 GGH沖洗時(shí)間和煙囪防腐脫硫停運(yùn)時(shí)間對(duì)脫硫投運(yùn)率的影響分析
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因?yàn)樵谌∠鸊GH的脫硫機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中,一方面是進(jìn)入脫硫塔的煙溫偏高(一般高于150℃),因蒸發(fā)使煙氣攜帶的水汽大幅增加，煙囪內(nèi)凝結(jié)水酸的濃度有時(shí)高、有時(shí)低，同時(shí)煙氣中含有F、CL等離子，滲透性較強(qiáng)，腐蝕性很強(qiáng)。另一方面是大部分老機(jī)組脫硫前煙囪結(jié)構(gòu)形式一般都是錐體單筒磚內(nèi)襯結(jié)構(gòu),從外及內(nèi)分別是混凝土筒體、巖棉類保溫層、耐酸磚或保溫磚，錐體結(jié)構(gòu)的煙囪使無GGH脫硫后的煙囪內(nèi)部全年呈微正壓（最大可達(dá)200Pa），因而煙囪防腐、防水問題十分棘手。
目前采用各種防腐涂料如OM、美國薩偉真、膠泥涂料等對(duì)老煙囪進(jìn)行防腐處理，都因材料性能不佳和施工質(zhì)量難以控制而效果不理想，大約在半年至一年時(shí)間左右防腐涂料就會(huì)失效，煙囪防腐費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效果差。
另外，抬升高度的降低，凝結(jié)水近距離形成的酸性降水造成電廠設(shè)備的腐蝕問題也較突出。
3 GGH堵塞的主要原因分析及防止堵塞的根本途徑
圖3-1是某廠1號(hào)機(jī)組GGH嚴(yán)重積灰的圖片。配置GGH存在的主要問題是除塵器效率不高、積灰嚴(yán)重導(dǎo)致GGH易堵塞，同時(shí)也降低脫硫系統(tǒng)投運(yùn)率。從圖3-1和運(yùn)行實(shí)際情況看，GGH積灰結(jié)垢后，垢樣與換熱元件的結(jié)合較松散，對(duì)垢樣的初步分析，發(fā)現(xiàn)85%以上的成分是粉煤灰。
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圖3-1，GGH積灰情況圖 |
一般情況下，在火電廠脫硫除塵運(yùn)行中，我們采取以下減少主要措施來GGH堵塞：
（1）減少吸收塔和除霧器出口的攜漿量。通過優(yōu)化噴淋層設(shè)計(jì)、除霧器及煙道設(shè)計(jì)，提高除霧器的除霧效果，減少進(jìn)入GGH的漿液量；
（2）在GGH設(shè)計(jì)制造方面，選擇容易吹透的換熱元件形式，設(shè)置充分的吹灰措施（包括高壓水沖洗、壓縮空氣吹掃、蒸氣吹灰等）；
（3）運(yùn)行中嚴(yán)格定期吹灰，定期檢查，發(fā)現(xiàn)有結(jié)垢先兆就應(yīng)進(jìn)行處理，處理時(shí)一定沖洗干凈，不留余垢。
但以上辦法未能從根本上解決GGH堵塞的技術(shù)難題，要解決GGH堵塞的難題只能另辟蹊徑。2009年5月我們將某廠1號(hào)機(jī)組的電除塵器改為了布袋除塵器，情況出現(xiàn)根本性的變化。
表3-1是某廠不同機(jī)組和除塵器效率情況和GGH沖洗頻次情況，圖3-2 是2010年1月某廠布袋除塵與電除塵出口煙塵濃度曲線DCS紀(jì)錄對(duì)比。從圖表中可看出，除塵效率越高，煙塵排放濃度越低，GGH的沖洗頻次大幅下降。1號(hào)機(jī)組改布袋除塵器后，GGH幾乎不發(fā)生堵塞，全年運(yùn)行4300小時(shí)，GGH不用停機(jī)清洗。
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表3-1 除塵效率對(duì)GGH堵塞的影響
圖3-2 2010年1月某廠布袋除塵與電除塵出口煙塵濃度曲線DCS紀(jì)錄對(duì)比
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（①-1號(hào)機(jī)組布袋除塵，②-2號(hào)機(jī)組電除塵，1號(hào)機(jī)組的煙塵濃度比2號(hào)機(jī)組低一倍多）
新增GGH和老煙囪脫硫后的防腐費(fèi)用的簡(jiǎn)要比較分析：
如果每1年進(jìn)行一次煙囪防腐處理，按國內(nèi)最低的OM涂料計(jì)，大約需450萬元費(fèi)用；配置GGH，300MW機(jī)組脫硫改造增加費(fèi)用約1500-1800萬元。所以長(zhǎng)期來看，進(jìn)行布袋改造和配置GGH總體費(fèi)用更低一些。
因此，我們認(rèn)為火電廠采用布袋除塵+GGH的系統(tǒng)配置，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）布袋除塵可適用不同性質(zhì)的煤種，不受飛灰比電阻的影響，可節(jié)約廠用電，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，除塵效率高，可滿足國家新的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求；
（2）布袋除塵效率提高后從根本上解決了GGH堵塞的問題，提高了脫硫裝置的投運(yùn)率；
（3）加裝GGH脫硫后煙氣無冷凝水流出，運(yùn)行中煙囪可長(zhǎng)時(shí)間保持負(fù)壓運(yùn)行，單筒煙囪防腐問題較簡(jiǎn)單。一般采用膠泥和涂料防腐處理即可，防腐材料的使用壽命得到明顯延長(zhǎng)。
鑒于效果良好，2010年6月，我們又將2號(hào)機(jī)組的電除塵器改為了布袋除塵器。
4 結(jié)論與建議
（1）我們認(rèn)為，火電廠采用布袋除塵+GG H的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以從根本上很好地解決煙塵達(dá)標(biāo)排放、GGH堵塞、脫硫后老煙囪防腐等棘手的難題。隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，電除塵器全部改布袋或電袋除塵是必然的趨勢(shì)。在火電廠脫硫除塵改造可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
（2）從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度看，改布袋除塵器和配置GGH，對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的長(zhǎng)期的可靠性、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)十分明顯。已配置GGH的脫硫機(jī)組建議不宜取消GGH，應(yīng)盡早進(jìn)行布袋或電袋改造；未配置GGH的脫硫機(jī)組，如煙囪防腐問題無法有效解決，建議增設(shè)GGH，同時(shí)提前進(jìn)行布袋或電袋改造。
（3）隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展和進(jìn)步，今后脫硫系統(tǒng)不得設(shè)置煙氣旁路，除塵系統(tǒng)不設(shè)置旁路也是必然趨勢(shì)，因此提高袋式除塵器的可靠性十分重要。建議今后在600MW及以上的大容量新機(jī)組的設(shè)計(jì)建設(shè)中，采用分體式電除塵+布袋除塵的方式，這樣可進(jìn)一步提高除塵器系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)的可靠性。
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