烟气换热器GGH改造及经济性分析

1、烟气换热器GGH改造及经济性分析王肖杭 于庆雯 何明（浙江天地环保工程有限公司，浙江，杭州，）摘要：本文针对目前国内GGH运行工况，从GGH防堵、防腐角度研究分析更换高质量大通道直波形镀搪瓷换热元件在GGH改造项目中的可行性，以及经济效益分析。关键词：GGH压差 镀搪换热元件 大通道波形 湿法静电喷涂 改造 经济分析Abstract: Directing against the GGH operation performance in China, researched and analysed the feasibility to retrofit GGH with L-profile he

2、ating elements to improve the capability of anti-plugging and anti-erosion.Key Words: GGH; Pressure Loss; Enameled Heating Elements; L-Profile; Wet Electrostatic Spraying; Retrofit; Economic Analysis1. 前言为控制电厂排放物中硫化物浓度，对燃煤、燃油机组，必须考虑采用锅炉尾气脱硫设备（简称FGD系统）。锅炉尾部烟气脱硫的方式诸多，但湿法脱硫以其成本低、效果好（95%以上）、不受地理环境限制等特点而

3、得到普遍推广应用。为提高湿法脱硫后净烟气排放温度，使其扩散范围增大，须对排烟前的净烟气进行加热。对净烟气加热的方式有火焰、蒸汽和容克式烟气加热器（GGH）等几种。GGH采用原烟气加热净烟气，不需要另外供能，因此在烟气脱硫系统中采用GGH加热净烟气对电厂而言是最经济的方法，目前已在世界范围内广泛应用。2. 烟气换热器（GGH）运行中出现的问题近几年，随着FGD系统越来越多的投运，烟气加热器（GGH）设备也暴露出诸多问题。其中最主要的是，GGH运行时经常严重堵塞造成压差大幅增大，引起增压风机超负荷运行、出现喘震甚至跳闸现象，从而导致整个FGD系统的运行障碍，甚至无法正常运行。然而，随着国家对脱硫排

4、放的管理越来越严格非常-要求保证脱硫系统投运率要达到95%以上，正常情况下脱硫旁路挡板门不允许开启等，对整个FGD的运行也提出了更高的要求。因此，如何解决GGH压差偏大问题已经迫在眉睫，这也是诸多电厂在脱硫系统运行中所面临的棘手问题。GGH换热元件堵灰： 另外，随着国内FGD的大量投运，GGH设备换热元件的腐蚀问题也随之而来，特别是投运较早、运行环境比较恶劣、或者是出现严重运行障碍（高压水使用频率频繁）的FGD系统。有些GGH运行环境极其恶劣，比如使用高硫煤、烟气中含硫量高、腐蚀性更强的环境；还比如海水脱硫，脱硫后的烟气温度较低（只有1216，在冬天甚至降到10以下）的环境。国内有些项目，在运

5、行不久（在一年保证期内、有的甚至还不到半年时间），镀搪瓷换热元件就出现了严重腐蚀、甚至搪瓷剥落现象，严重影响了GGH的换热效果，也给GGH的正常检修维护带来了困难。目前，在FGD系统运行中，换热元件的腐蚀问题也越来越得到大家的重视。燃烧高硫煤出现的腐蚀： 海水脱硫低温出现的腐蚀： 3. 烟气换热器（GGH）堵塞及腐蚀的原因烟气换热器（GGH）阻力上升、压差增大有多种原因，来自FGD系统外的原因主要是电厂燃煤不稳定、静电除尘器除尘运行效果较差等原因。 随着煤电供应问题的日益突出，电厂用煤品种十分复杂，许多电厂的燃煤与当初FGD系统的设计煤种与校核煤种完全不同，含硫量、含尘量、含水量等严重超标，其

6、他成分也和最初FGD系统设计时的成分不同，这些因素使得进入FGD系统的烟气组分变得十分复杂。另外，煤种的变化也给静电除尘器的运行带来了难度，再加上有些电厂ESP本身的运行问题，使得FGD系统中GGH设备处理的烟气含尘量、含水量加大，容易造成设备堵塞。来自FGD系统内的原因，主要是由GGH的下游设备的选型设计及运行问题带来的。脱硫吸收塔的设计不同、脱硫剂的质量好坏、除雾器的设计及选型不同、运行正常与否等，也都会使进入GGH设备的净烟气质量变差。除了带有大量水气、雾气之外，有时会夹杂大量石膏等副产物，极端例子是吸收塔脱硫液面过高、出现返浆倒灌现象等，这些问题都会作用于GGH设备，使得GGH的运行雪

7、上加霜。关于GGH设备本身，其设计选型、配置等是否合理，也是影响该设备运行中是否堵塞的一个重要因素。国内石灰石-石膏法脱硫系统选用的GGH设备，大多出现堵塞现象，除了FGD系统的因素外，与GGH设备本身的选型设计也密切相关。最主要的是GGH设备选型是否过于紧凑、换热元件波形是否合理、吹灰系统及清洗系统是否高效等等。烟气换热器（GGH）设备运行中出现的腐蚀严重问题，如上所述，除了来自于电厂燃煤复杂、烟气组分变化等因素外，换热元件的镀搪工艺及质量是一个关键因素。镀搪工艺有浸涂与喷涂之分，也有干法与湿法的区别，不同的镀搪工艺、以及采用不同的基材、铀粉等，都会对GGH设备中换热元件的性能、寿命等带来不

8、同的影响。目前国内电力行业、脱硫行业仅对使用国产镀搪元件和进口镀搪元件作了要求，并未对镀搪工艺、镀搪质量作比较。但是，未来随着更多脱硫工程的投运，行业会越来越多地认识到不同工艺生产的镀搪元件会有着较大的区别。4. 如何解决烟气换热器（GGH）带来的问题GGH最为脱硫系统中最重要的一个设备，对整个脱硫系统的安全稳定运行起着决定性的作用，然而以上所反映的GGH堵塞和腐蚀问题，又是电厂所必须面对的实质性问题，如何正确处理及解决上述情况所带来的问题，是目前各个电厂经常讨论的一个话题，目前基本的解决方案有以下两种：4.1取消原有GGH，对烟道及烟囱进行防腐处理现在国内有部分电厂，因为GGH堵塞严重，增压

9、风机由于超电流而经常跳闸，对整个脱硫系统的运行带来的极大的不便，而且每次的清洗费用和日常维护费用加起来也是一笔不小的开支，因此电厂干脆就把整个GGH中的换热元件整体抽出来，把GGH当作一个烟道使用，同时对烟道及烟囱进行防腐处理，以防止低温排放带来的腐蚀问题。但从长期来讲，我们认为，取消GGH不是一个非常可行的方案，原因如下：1.湿法脱硫系统设置GGH后，可将排烟温度提高至80以上, 烟囱内壁温度基本上大于酸露点温度, 因此烟气不会结露, 而且烟囱内的烟气压力在运行期间处于负压状态不易出现酸液腐蚀问题。2.烟气脱硫后无GGH时，从FGD进入烟囱的烟气温度约在4560之间, 低于酸露点温度,这区域

10、酸液腐蚀性最强，且SO3将全溶于水中, 烟气会在尾部烟道和烟囱内壁结露。对1台300MW 机组来说,烟气中水汽结露后形成的具有腐蚀性水液的理论计算量约2025t/h。脱硫处理后的烟气一般还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质,属于腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。尽管烟气中酸性SO2气体减少, 但烟气的腐蚀性并未比脱硫前减少, 加上烟囱正压区的增大, 烟囱会出现腐蚀, 烟囱和尾部烟道必须进行防腐处理。因此, 设置GGH的作用将提高出口烟气温度至80以上，减少水雾的形成,从而大大降低酸液对烟囱内壁的腐蚀现象。3.取消GGH会降低烟气的排升高度，在烟囱附近形成大量的雨雾，另外会

11、增加氮氧化物的落地点浓度，降低氮氧化物落地距离，影响电厂附近区域的环境质量，对电厂职工及周围居民的工作和生活也会造成严重影响。因此，简单的通过抽取元件来实现降低差压的措施，是一个治标不治本的临时措施。4.2更换大通道直波形元件目前，经过对国内GGH设备厂家的了解，国内某家公司采用了一种其特有的大通道直波形元件，在其GGH设备和改造项目中，均能有效维持及降低GGH差压，且能保证GGH设备能长期稳定在低压差下运行，其波形特点如下：防堵性方面：采用防堵型的大通道波纹板（L型）该波形采用大通道的波纹板（L型），而不采用紧凑型的波纹板（DU、DNF或其它）。大通道的波纹板，与紧凑型波纹板相比，最重要的是

12、：在烟气流通方向上是直通的，没有小的波纹。其特点为：烟气流通截面大，波型平滑，在GGH运行中石膏等副产物不易附着，也易于清除，因而GGH不易堵塞，GGH长期运行后压力损失不会上升。论换热效率，相同面积的大通道波纹板要比紧凑型的波纹板要来的低，因此要达到相同的换热效果，大通道波纹板的换热面积要有所增加，然而，虽然成本有所增加，但我们认为这样的波型适宜于GGH的工作环境-易于腐蚀、易于堵塞的环境。事实上，选用该波形的GGH，大大降低了电厂的实际运行费用。同时，当直径相同时，采用大通道波纹板的转子高度较高，转子的刚性好，运行时热变形较小，运行间隙也较小，将更确保GGH较低的泄漏率。而使用紧凑型波纹板

13、（DU、DNF或其它）的GGH，运行中容易出现堵塞、压降增加等运行障碍，电厂要加大增压风机输出功率、增加高压水清洗次数等，其运行费用明显增高。有些GGH厂商认为降低换热元件高度会改变GGH的堵塞、使得GGH便于清洗。事实表明，换热元件的高度降低，并不能改变因波形选择因素造成的GGH易于堵塞。波形的选择才是根本原因。直通道波纹，石膏等产出物在最初时刻就无法附着，即：在附着的最初时刻就被吹扫清洗了；而紧凑型波纹，一是易于附着，二是一旦附着，就很难清除（存在吹扫盲点）。即使高压水清洗后，也会再次如初次那样，如此反复。波形比较如下:直通道大波纹换热元件: 紧凑型换热元件:清洗情况对比（示意图）：由此看

14、来，选择合适的波形是解决GGH堵塞问题的必要条件。同时，元件的防腐蚀能力，也是一个需要重点关注的地方。 防腐性方面：先进的镀搪工艺-采用荷兰Ferro Techniek BV的湿法静电喷涂镀搪技术目前市场上共有两类镀搪瓷技术，分别是静电喷涂和浸镀，静电喷涂是比浸镀较为先进的一种镀搪瓷技术，在静电喷涂技术里面，又分成湿法静电喷涂和干法静电喷涂两种。单从其工艺角度来说，浸涂工艺就比静电喷涂工艺低一个等级。由于重力的作用，浸涂工艺会产生搪瓷流挂现象，造成涂搪厚度不均匀（上薄下厚）、表面光洁度差、气孔率高。最严重的是边缘覆盖率很低，会在边缘“漏铁”，换热元件在边缘部分会很快开始腐蚀，因而，浸涂工艺生产

15、的镀搪元件的寿命少于静电喷涂工艺生产的涂搪元件。另外，由于其表面光洁度差灰分易粘结，其可清洗能力也要相差许多。目前市场上最先进的镀搪换热元件采用荷兰Ferro Techniek BV的湿法静电喷涂镀搪技术。荷兰Ferro Techniek 公司是欧洲镀搪瓷工艺标准的制定者，是镀搪瓷方面的权威，采用的湿法静电喷涂方式生产的换热元件，堪称世界最好的换热元件，其特点是：涂搪厚度均匀、表面光洁度好、极好的边缘包裹、搪瓷附着力高、元件柔韧性好、单位面积气孔率低、强耐腐蚀、寿命长等，更加适用于GGH换热器。1) 极强的耐腐蚀性：湿法静电喷涂工艺和干法静电喷涂工艺，在原料上的区别就在于，湿法静电喷涂在瓷釉的

16、原料中添加了抗腐蚀材料和粘结剂，在生产过程中，由于添加了抗腐蚀材料，其耐腐蚀性能2-3倍于干法静电喷涂的换热元件。曾做过试验，经过两种工艺制成的搪瓷钢板，浸泡在相同浓度的硫酸里面，一段时间过后，湿法静电喷涂工艺制成的搪瓷钢板失重仅为干法静电喷涂所制钢板的1/3，因此湿法工艺的耐腐蚀性明显优于干法工艺。而干法由于其工艺特点，无法添加抗腐蚀材料。同时，由于原料中还添加了粘结剂，使得瓷釉在母材上粘得更牢，更不容易剥落，也提高了钢板的耐腐蚀性能。2) 极高的边缘包裹：众所周知，腐蚀一般都是从裸露的钢板开始，一旦腐蚀开始，被搪瓷层包裹在里面的钢板也会被迅速腐蚀掉，有些元件虽然表面还好，其实母材已被腐蚀，

17、对检修人员存在安全隐患。同样由于工艺特点（添加了特殊材料），其生产的涂搪元件具有极好的边缘包裹（搪瓷层呈露滴状），其包裹率可达99%以上。而干法静电喷涂工艺生产的涂搪元件，其边缘包裹只在80%左右；浸涂工艺生产的换热元件的边缘包裹仅在40-45%左右，极易出现腐蚀问题。99%以上的边缘包裹确保了换热元件较长的使用寿命。而其他工艺生产的涂搪元件，无论是45%、还是80%的边缘包裹，换热元件都会较早地在边缘部分开始产生腐蚀，从而影响换热元件的寿命。3) 极低的气孔率：喷完搪瓷粉的钢板，在高温炉里面烘烤的时候，钢板里面的C分子会以CO及CO2的形式逃逸出来，在搪瓷层表面形成气孔，出现气孔的部位搪瓷层

18、非常薄甚至穿孔，在今后运行的时候，出现气孔的地方就是腐蚀点，因此，低的气孔率是达到良好的防腐蚀要求的一个必要条件，而低的气孔率又是通过低的含碳量来实现，该产品采用含碳量0.004%的零碳钢，气孔率可以控制在15个/平方米，保证了元件的耐腐蚀性，增加其使用寿命。4) 极好的柔韧性：湿法静电喷涂工艺生产的换热元件还具有很好的柔韧性。换热元件在装篮的过程中，在篮子的两端施加5000-8000kg/m2压力进行装篮，以确保在GGH实际运行时，换热元件不会在烟气的冲击下发生颤动-而颤动易引发元件搪瓷的裂纹、从而产生腐蚀、减少元件的使用寿命。另外，在运输过程中，湿法静电喷涂的元件也不易产生损坏；而干法喷涂

19、的元件要有较大的损坏率。所有这些都是换热元件高抗腐蚀性能的保证，从而保证换热元件使用寿命。由于换热元件是GGH的主要部件，在GGH成本构成中占主要部分，因此耐腐蚀的换热元件大大减少了电厂以后的维修费用。5. 采用大通道直波形GGH设备的投运情况目前，除了在国外投运的百余台GGH设备外，该波形在国内已有近60台GGH设备投入运行，整体运行良好。所有已投运设备中，均没有出现因GGH差压偏大导致FGD机组不正常运行的情况，GGH整体压差长期稳定在保证值1000Pa以下（有些甚至长期稳定在600700Pa左右），其安全性及稳定性得到客户的一致好评。在GGH设备方面，尤其是60万千瓦以上的机组，由于其运

20、行的安全性要求更高，直通道大波形元件在GGH设备的优势更加明显。目前，国内所有投运的100万千瓦机组的GGH设备采用该波形。在GGH改造方面，由于很多电厂使用了易于堵塞的GGH设备，运行中开始出现压差增大导致FGD系统停运，年投运率未能达到国家要求。电厂除了停机冲洗、增加电耗外（费用相当可观），还由于FGD未正常运行被国家环保部门处罚，造成了巨大的经济损失。另外，腐蚀后的换热元件也由于换热性能降低而导致排烟温度不够，出现烟囱白烟现象，烟囱的腐蚀问题也变得日益严重，成了电厂的隐患。通过改造，更换了这种大通道直波形的元件后，GGH压差偏大问题完全得到了解决，有些机组整体差压甚至只有400Pa左右，

21、因此通过元件的更换，确实为电厂解决了问题，同时还带来了可观的经济效益。6. 经济效益分析解决GGH堵塞问题，真正意义上是为电厂的节能减排方面做贡献。使用高效防堵型元件，可以大大降低人工水冲洗次数，按目前情况看，一般需要3个月（甚至1个月）冲洗一次，按一次8万计算，一年可节省约32万。使用高效防堵型元件，可有效起到节能效果，国内内蒙古某2600MW机组，在没做改造之前，原烟气侧压差最大1400Pa，增压风机电流最大将近600A，在更换了这种大通道直波形的元件以后，GGH原烟气压差稳定在350-400Pa左右，增压风机电流更是降低至300A，其增压风机电流，在压差最大和最小压差时，可降低近300A，一年可节电：0.76KV300A24h365d95%1050万度电，按厂供电0.39元/度计算，一年可节约1050万0.39=409.5万元。使用高效防堵型元件，可以保证脱硫系统长期安全稳定的运行，保证脱硫设备的年95%以上的投运率，避免因投运率不足而罚款的风险。同时由于差压降低，可大大减少原烟气到净烟气泄漏量，提高脱硫效率，减少SOx的排放量。使用高效防腐元件，可大大延长更换周期，减少电厂长期投入的检修费用，正常情况下， GGH保证寿命为5年以上，如运行得当，寿命会更长。大