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据不完全统计,截止到2005年6月底,国内30多家环保公司总共承接了近220个电站脱硫项目,总脱硫容量达1.7亿ｋＷ,约有420座脱硫塔(包括干式塔和湿式塔)。已投产的脱硫塔中有石灰石石膏洗涤塔35个,干式脱硫塔9个,总容量1355万ｋＷ,还不到上述总脱硫容量的10%。可见,大多数脱硫项目正在建或刚刚启动。这些项目中,约95%采用石灰石石膏洗涤脱硫法,其中又有95%湿式洗涤塔出口配有净烟气再热器(一般是一对一配置)。烟气再热器中约90%采用回转再生式原烟气/净烟气换热器(ＧＧＨ)。4年来,我国总共约有200台ＧＧＨ的订货。目前,已有30多台ＧＧＨ投运。
ＧＧＨ是除吸收塔(含内件)外的高耗资设备,其状态正常与否关系到烟气脱硫系统(ＦＧＤ)能否稳定运行。在已投运的ＦＧＤ中,许多用户都碰到ＧＧＨ严重积灰堵塞、换热效率差、压差远高于设计值等问题。为此,本文对已运行的几种ＧＧＨ清洗装置的特点和效果进行分析,探讨对ＧＧＨ有效清洗和保洁的方法,以防止上述问题的发生。
1. ＧＧＨ的作用、原理及应达到的要求
(1)ＧＧＨ的作用 加热经洗涤脱硫后的湿烟气,使其在进入烟囱排放前升温至80℃以上,以改善脱硫后的烟道和烟囱的腐蚀状况,并使烟气浮力增加。
(2)ＧＧＨ换热原理 原烟气通过缓慢旋转的转子一侧,净烟气通过其另一侧,换热元件绕垂直轴旋转时轮流通过热的原烟气和冷的净烟气。原烟气通过换热元件时,将其部分热量传给换热元件蓄热;在换热元件转到净烟气侧时,其释放热量至逆流通过的净烟气。该换热器一大特点是:镀搪瓷的薄波纹板换热元件致密、紧凑,使总体积减小。
(3)ＧＧＨ应满足以下要求 1)ＦＧＤ进口原烟气温度在大于或等于设计温度时,ＧＧＨ出口的净烟气温度不低于80℃。ＧＧＨ中原烟气到净烟气侧的泄漏率小于1%。ＧＧＨ原烟气侧和净烟气侧的压力总损失低于1000Ｐａ。2)使用寿命大于50000ｈ,并且具有容易清洁的表面(ＧＧＨ的蓄热传热元件大多采用表面涂耐热搪瓷的薄低碳钢板)。3)ＧＧＨ清扫装置应为全伸缩式或半伸缩式,并能保证换热设备的压降值在设计允许范围内。
为保证ＧＧＨ的换热性能和避免堵灰,ＧＧＨ清洗装置的正常运行及其效果尤为重要。为此,需在ＧＧＨ的原烟气侧上部(原烟气出口)或下部(原烟气入口)安装可伸缩的清洁装置(吹灰器)。
2. ＧＧＨ的清洗
清洗ＧＧＨ有3种方式:
(1)蒸汽/压缩空气吹灰 大多数积灰可通过压缩空气(0.8ＭＰａ)或具有一定过热度的蒸汽(1.0ＭＰａ,300℃～350℃)在线吹扫,清扫频率一般每天3次或更多。
(2)高压水冲洗 长期积累下来的不能通过正常干式清除的黏附物,导致烟气阻力升高达到原设计值的1.5倍时可以进行在线高压水(10ＭＰａ)冲洗,以大幅降低ＧＧＨ阻力。
(3)低压水冲洗 ＧＧＨ长期停机前,必须采用低压水(0.5ＭＰａ)冲洗,冲去转子上黏附的松散酸性沉积物。这时,ＦＧＤ停机,ＧＧＨ仍维持低转速(0.3ｒ/ｍｉｎ)。冲洗水可通过与压缩空气共用的喷枪步进移动吹扫,也可通过固定在原烟气侧进出口处的大流量冲洗水管(上海锅炉厂(上锅)的ＧＧＨ加此装置)喷出。
可伸缩清洗装置的动作原理为前进间歇式和后退直动式。电动机驱使清洗装置沿加热器转子的径向从外侧向内移动。每前进一步,装有数个喷嘴的喷枪停下来对旋转着的换热元件作环状吹扫。如此逐步前进,一环一环地吹扫,直至整个换热元件。压缩空气(或低压蒸汽)吹灰和低压水冲洗用的是同一喷嘴,但不同时使用。高压水冲洗用另外更细小的喷嘴(直径1.5ｍｍ～2ｍｍ),该喷嘴和高压水管安置在伸缩式喷枪内。
当ＧＧＨ原烟气侧上下安置2台清洗装置时,它们可同时运行,也可分开运行,主要取决于介质的流量和压力。
豪顿华公司的清洗装置和上锅的主要不同在于:前者的喷枪是全伸缩式,后者是半伸缩式。前者的优势是:(1)枪杆在不工作时(每天约20ｈ),完全置于烟气外待机状态,不受烟气的腐蚀和烟气中固体颗粒的堵塞;(2)无需用压缩空气对喷嘴进行清洗;(3)可在ＦＧＤ运行中对其维护和更换。
3. 各种清洗装置的特点和使用情况
从目前已投运的ＧＧＨ运行情况来看,其堵灰状况严重,有时甚至停ＦＧＤ专门对ＧＧＨ做清洗维护。ＧＧＨ故障并非其机械性能所致,而主要是ＧＧＨ的积灰和结垢使换热元件阻力太大造成。ＧＧＨ换热元件上灰粒沉积的原因有多种:
(1)ＧＧＨ主轴和烟道一般垂直布置,即气流方向为原烟气向上(去吸收塔),净烟气向下(去烟囱排放)。原烟气中所含飞灰沉积在换热元件上。
(2)吸收塔出口处的除雾器除雾效果不好,或除雾器元件有石膏沉积使通道变窄,致使饱和湿烟气携带石膏浆。当这种烟气进入ＧＧＨ的净烟道,水分被加热蒸发(额外耗用热量),灰粒即残留在换热元件上形成积污。
(3)吸收塔内浆液位太高或泡沫太多而溢流,溢流管如排浆不畅,会使浆液反流到ＧＧＨ原烟道。这种反流即便瞬间发生,也会造成较严重的积污。
总之,随着运行时间的推移,ＧＧＨ中的固体沉积物将越积越多。实际上,在全国已投运的30多台ＧＧＨ中,大多数ＧＧＨ压差都大大高于设计值(一般单侧450Ｐａ～500Ｐａ)。
3个已运行1年以上的ＧＧＨ清洗装置使用情况如表1所示。
4. ＧＧＨ清洗效果
以北京第一热电厂2号机组运行数据为例,列举ＧＧＨ污垢积累过程和每次吹灰效果。
(1)每班一次的压缩空气吹灰,虽在运行数据上看不出ＧＧＨ压差的降低,但它可使压差不明显走高,所以不能忽视这一环节。(2)当压差大到原设计值的1.5倍甚至更多时,即使在线高压水冲洗也无济于事。例如,2005年5月12日前,ＧＧＨ净烟气侧压差在高烟气流量(标准状态,下同)(270ｍ3/ｓ)时达960Ｐａ(图3),这时增压风机电流达135Ａ(接近额定电流)。5月12日人工用移动式高压水枪冲洗(ＦＧＤ停机,压力30ＭＰａ),未冲干净;后将水压调到50ＭＰａ再冲洗才达到较好效果。投运后类似烟气流量下的压差降到560Ｐａ,增压风机电流降到98Ａ(图4)。在此需要说明,图3中显示的仅是ＧＧＨ单侧压差,实际上应考虑原烟侧和净烟侧的总压差。一般,净烟侧比原烟侧的压差稍大。
对冲洗效果进行经济分析:厂用电压6.3ｋＶ,增压风机功率因数0.86,每度电0.5元计,ＧＧＨ净烟气侧压差由910Ｐａ降到560Ｐａ,相应电流从135Ａ降到98Ａ,每小时少耗电347ｋＷ·ｈ。按年运行6000ｈ计,每年少耗费104万元。
当烟气流量增加时,ＧＧＨ净烟侧压差和增压风机电流增加很快。尤其在夏季,电负荷大,气温高,烟气流量大,因此,应增加压缩空气吹扫ＧＧＨ的次数,可每班1～2次,这样可较长时间的保持高压水冲洗后的压差。一般不建议常用在线高压水冲洗,更不建议频繁用移动式更高压力的水枪冲洗,以防损坏换热元件。
5. 防止ＧＧＨ积灰和提高清洗效果的建议
(1)吸收塔入口烟道应向下倾斜,以避免塔内浆液溢流或泡沫大时反流到ＧＧＨ。
(2)需准确计算吹灰步序和调整步长,改进清洗程序。如吹扫的环之间要有重叠,每环间不应有未冲到之处。尤其注意最内环和最外环的冲洗,不应有冲不到的死角(图5和图6)。
(3)当原烟气含尘量达到ＦＧＤ保护连锁停运的条件时((250～300)ｍｇ/ｍ3),应投此保护,停ＦＧＤ,让烟气走旁路。
(4)除雾器效果不好或其叶片因冲洗不净而积石膏,会使吸收塔出口烟气携带浆液,其下游的受害者就是ＧＧＨ。所以除雾器的选型和清洗尤为重要。
(5)吸收塔浆液密度计不准确将直接影响液位测量,应经常校正密度计,避免浆液溢流,甚至反流到ＧＧＨ。
(6)运行实践证明,蒸汽吹灰的效果比压缩空气好。常用汽/气吹不会损伤换热元件,尽量少用高压水冲洗。若吹灰后压差未降到设定值,可再启用一次吹灰程序。
(7)尽管建议少用高压水冲洗,但实际上每1～2个月需进行一次高压水冲洗,因此高压水冲洗的次数比制造厂建议的频率要高。
