一体式管式GGH技术研究

一体式管式GGH技术研究

黄益城

（浙江天创环境科技有限公司浙江长兴313100）

摘要：目前在湿式石灰石—石膏法脱硫系统中普遍应用的是回转式烟气.烟气换热器（GGH），但是回转式GGH存在着堵塞频繁、漏风严重、故障率高、能耗大等问题，行业迫切需要对回转式GGH及相关附近进行了技术改造，一体式管式GGH的研究开发旨在解决上述存在的问题。

关键词：回转式GGH；一体式管式GGH；换热元件；管板密封；交叉流动

引言

随着能源问题的日益突出，推进重点耗能工业节能降耗是当前的重要国策。2015年12月11日，环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布了关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知。环保治理技术需要不断创新和进步，以适应新形势下的能源环境问题。

在烟气脱硫系统中，通常在脱硫塔后设置烟气换热器，利用锅炉来的原烟气将净烟气加热至80℃以上，然后再排入大气，以增加烟气的扩散能力和避免低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁。同时，从电除尘器出来的原烟气经过换热器降温后进入脱硫塔，避免烟气过高损坏吸收塔的防腐材料和除雾器。另外，设置烟气换热器后，降低吸收塔入口烟温，减少了吸收塔内工艺水的消耗量，并减少吸收塔出口的烟气中的含水量，使得烟气带走的水蒸气减少。

根据换热方式不同，烟气换热器分为管式、热管式、回转式三类。目前，在脱硫行业中应用最广泛的是回转式GGH。回转式GGH技术在实际运行中，普遍存在着易堵塞、易漏风、安全性低、造价和能耗高等缺陷。鉴于传统回转式GGH的局限性，为一体式管式GGH的研究开发提供了良好契机。

1回转式GGH

1.1主要组成

回转式GGH主要由1-转子、2-套管、3-驱动装置、4-调整点、5-销齿条、6-清洗设备、7-主要平台、8-圆周平台、9-导向轴承、10-钢结构、11-支撑等组成。

1.2工作原理

回转式GGH转子中装载着数十万m²的蓄热元件，其通常以0.75~2r/min的转速旋转，蓄热元件交替通过原烟气和净烟气通道。在通过原烟道时，蓄热部件吸收了原烟气的热量，温度上升；转到净烟气通道时，蓄热部件放热，对净烟气加热。实现的效果是：蓄热元件吸收锅炉排放的原烟气（120～160℃）热量加热脱硫塔排出的净烟气（45～55℃），达到热量交换的目的，最终将脱硫后的净烟气加热至80℃以上。湿法脱硫系统在吸收塔脱硫反应完成后，烟温降至45～55℃。

2回转式GGH问题分析

2.1堵塞

回转式GGH在运行过程中，最常见的问题主要是GGH蓄热元件结垢，造成GGH堵塞，烟气系统阻力增加，导致增压风机踹振，脱硫系统用电量增加。同时GGH差压增大，造成锅炉炉膛负压降低，影响到脱硫系统的安全运行，以致部分电厂不得不长期开旁路运行，带来了严重的安全隐患。

2.2结垢

通过结垢成分分析得知回转式GGH结垢主要由SiO，CaO，Fe₂O，Ai₂O构成，其成分和水泥很接近，导致回转式GGH蓄热元件上积垢清洗困难，并且粉煤灰中CaO的含量增加，会加剧GGH堵塞，这说明换热元件上结垢主要是由净烟气中的石膏和原烟气中的粉尘构成。如果吸收塔浆液PH值偏大，浆液中的CaCO浓度较高，净烟气中携带的CaCO浓度相应增加，加剧结垢；在机组负荷调整时，部分净烟气经旁路倒流会与一部分原烟气混合，降低了GGH热端的入口烟温，原烟气中的HSO蒸汽凝结加快，凝结量更多；由于原烟气温度的降低，烟气中的SO也直接吸收水分而生成HSO，换热元件表面稀硫增多也加剧了CaSO等结垢。

2.3漏风

在回转式GGH里，由于结构问题，原烟气压力高于净烟气压力，使得少量未经处理的原烟气直接进入到净烟气中去。这一泄漏率至少达到了1%，对整个脱硫系统的脱硫效率产生影响。尽管可以采用一些措施大大减少漏风量，但回转式GGH转子轴向密封和径向密封结构复杂、安装、检修技术要求较高，往往运行一段时间后系统泄漏增大，烟气泄漏量能达到3%～5%。这对于烟气SO₂浓度高或者脱硫效率要求高的电站来说，是不太适宜的。

2.4投资成本高

增加FGD建设投资及运行费用。GGH设备本体以及安装GGH带来的直接建设（包括烟道、支架、冲洗系统等）的费用大概占到了整个FGD系统的9%～13%。回转式GGH相比一体式管式GGH，增加了维护检修和堵塞等故障的处理费用，经过几年后还需更换陶瓷换热片及不锈钢换热元件。

3.一体式管式GGH

3.1主要组成

图二所示是一体式管式GGH的结构示意图，主要由1-进口喇叭、2-换热管、3-下锥体、4-出口喇叭、5-壳体、6-密封板、7-上锥体等组成。

3.2工艺路线

一体式管式GGH布置在引风机之后，湿法脱硫（WFGD）之前。锅炉燃烧产生的烟气经过空气预热器，这时烟温约120℃~160℃，再进入干电除尘器一次除尘，之后通过引风机烟气经过一体式管式GGH再引入脱硫塔进行湿法脱硫，脱硫之后进入湿电除尘器进行二次除尘，此时烟温在50℃左右，烟气在回到“一体式管式GGH换热器”升温至80℃以上再通过烟囱进行排放。

3.3工作原理

锅炉燃烧产生的原烟气（120℃~160℃）走管程，脱硫后产生的净烟气走壳程。原烟气通过换热管将热量传递给走壳程的净烟气，使得进入烟囱的烟气烟温提升至80℃以上，同时降低了进入脱硫塔的烟温。

4一体式管式GGH优势

4.1防止堵塞和差压高

一体式管式GGH换热元件采用小直径的不锈钢钢管。其具有耐腐蚀、耐磨损、耐温耐压、阻力小、良好的换热性和优异的清灰功能。换热管之间相互独立，管束排列选用三角形错列布管方式，方便与外部烟道连接并保证气流的均匀性。换热管是烟气在管外壁流动横掠换热，烟气的扰动性加强；再加上管壁壁温高，管外始终呈干燥状态，也就不易粘附烟灰，因而能有效地防止堵塞。杜绝了堵塞问题，也就避免系统由于差压过高导致的脱硫系统故障。

4.2避免漏风

采用一体式管式GGH，热管的受热段与放热段之间有密封结构，此结构与管板管孔配合，形成对原烟气，净烟气的有效密封，使它们互不窜漏，可以完全避免原烟气与净烟气间的烟气泄漏。

4.3换热效率高

净烟气在管中纵向流动，原烟气在管外横流冲刷受热面，这样可以减少热量损失。净烟气与原烟气流动的方向互相垂直，为交叉流动。但考虑到一体式管式GGH换热器较大，原烟气流程设计3个，这样原烟气可以多次加热净烟气，换热效率显著提高；净烟气总的流动方向为逆流，这样可以得到较高的温压。由于热管是相变传热，热管内热阻很小，烟气流动阻力小，能以较小的温差获得较大的传热率，且结构简单，具有单向导热的特点。

4.4可靠性强，成本低

换热管之间相互独立，即使单根或数根换热管损坏，也不会造成烟气泄漏，不影响整体换热效果。可以针对不同的系统量身定做，适用于新厂的烟气脱硫项目，也适合老厂改造项目场地狭小，条件多变的情况。另外，减少了FGD建设投资及运行费用。一体式管式GGH与回转式GGH相比，减少了很多附属设备，减少了维护检修和堵塞等故障的处理费用和更换陶瓷换热片及不锈钢换热元件的费用。

5结语

在湿法脱硫系统中设置回转式GGH对投资费用和运行维护成本影响很大，回转式GGH不仅带来了很大的阻力压降，而且使得单台增压风机功耗大，同时还存在着烟气泄漏、酸腐蚀、结垢等问题；一体式管式GGH具有传热效率高、流通阻力小、烟气不泄漏、不易结垢、脱硫系统有较高的脱硫效率、无附加动力消耗、运行及维护费用低等优点。一体式管式GGH与回转式GGH相比，无论是性能上还是经济性都具有明显的优势。在当前占市场份额绝大多数的回转式GGH存在诸多问题的形势下，一体式管式GGH的研究具有重要价值。

参考文献：

［1］周志祥，段建忠，薛建明.火电厂湿法脱硫技术手册.中国电力出版社，2006

［2］黄伟，程金明.热管式GGH在湿法脱硫系统中的设计与应用.中国电力教育，2006

［3］刘毅，张千.600MW火电厂湿法脱硫系统GGH堵灰治理.深化科技，2009

［4］冯俊凯，沈幼庭，杨瑞昌.锅炉原理及计算（第三版）.科学出版社，2003