【摘要】气—气换热器(GGH)的结垢问题成为湿法脱硫（WFGD）装置能够正常运行的关键问题之一。通过对三个电厂进行调研和分析，找出了GGH结垢对系统造成的影响，以及GGH结垢的原因，并据此提出相应解决方案。
1 引言
湿法烟气脱硫技术（WFGD）是发电厂目前应用较为广泛的烟气脱硫技术之一，但随着运行时间的增加，该技术逐渐暴露出一些问题，有的还是一些较为严重的问题，例如GGH（气—气换热器）结垢的问题。
从目前我们调研的三个电厂来看，GGH堵塞问题都非常严重。现场运行状况表明：GGH的堵塞不仅增加了系统的投资和运行成本，而且大大降低了系统的安全性与稳定性，并由此引发一连串的问题。因此GGH的运行状况如何，成为脱硫系统能否正常稳定运行的决定性因素。
2 三个电厂的基本情况
我们的研究是针对DZ、DH发电厂一期2×600MW机组和FZ发电厂2×600MW机组的烟气脱硫运行状况而展开的，它们采用的都是石灰石湿法烟气脱硫技术，脱硫系统设计均为一炉一吸收塔配置，配有气—气换热器。
从脱硫系统整体工艺性来看，DZ发电厂脱硫系统工艺性最好，而FZ发电厂脱硫系统的工艺性相对要差些。例如：在FZ发电厂采样时，从真空皮带脱水机旁走过时，可以看到满地的浆液，并且能够闻见浆液的恶臭味。
从GGH结垢、堵塞的情况来看，DZ发电厂GGH结垢、堵塞的情况一般，而其余两个发电厂的情况GGH的结垢、堵塞情况很严重。DZ发电厂的垢疏松且容易捻成粉末状，换热元件没有被明显堵死；DH发电厂的垢如同花岗岩一样，坚硬并有明显的分层，换热元件基本被堵死，清除过程也很艰难；FZ发电厂的垢潮湿而且多，把换热元件整个表面和缝隙全部堵死。由此看来FZ电厂的除雾器不仅没有达到预期的效果，而且大量的石膏浆液也流入GGH。
3 GGH结垢造成的影响
3.1换热效果差
GGH中蓄热格栅结垢后，垢的导热系数没有金属表面防腐镀层大。垢的厚度不断增加，热阻会不断增大，从锅炉过来的高温烟气不能被GGH换热元件很好的吸收，进入吸收塔的烟气温度远远超过了额定温度，不利于石灰石浆液对S02的吸收。同时，由于换热元件没有充分的吸收热量，使得从吸收塔出来的净烟气温度没有达到预期的设计要求，从而对下游设备造成了腐蚀，也不利于污染物的扩散。
3.2系统水耗增加
系统结垢后，原烟气进入GGH中就无法与换热元件进行有效的热交换，原烟气的温度得不到有效的下降，使得进入吸收塔的烟气温度超过了设计值，从吸收塔蒸发带走的水分就会增加，造成系统水耗的增加。据资料统计，吸收塔当中的温度每超过设计值10℃时，脱硫系统水耗量大约增加10t/h。
3.3脱硫系统利用率降低
GGH结垢严重时，阻力增大，脱硫系统无法正常工作，只能停机冲洗或者更换新的换热元件，不但降低了脱硫系统的利用率，而且加大了成本。
3.4增压风机能耗增加
当GGH烟气流量与风机出口压力处于风机失速时，风机在高压头、小流量工况下，极易导致增压风机喘振，甚至超出增压风机的出力范围，引起增压风机跳闸，脱硫系统退出运行。
4 GGH结垢的原因分析
4.1除雾器效果差
净烟气流经过除雾器中的除雾叶片时要有适当的流速，如果流速达不到设计值或者流速不均匀时都会造成大量的液滴进入GGH的原烟气侧，由于原烟气侧温度较高，液滴当中的水分蒸发，大量的石灰石和石膏就会附着在换热元件上，造成GGH结垢、堵塞。
4.2静电除尘器的影响
从DZ电厂和DH电厂的垢样品看出，垢的疏松度不同，DZ电厂比DH电厂的垢要坚硬很多。分析其原因：飞灰中的铝含量高低可能是影响垢疏松度的因素之一，铝含量高的飞灰产生的垢的硬度要强一些（从表1中可以对比飞灰的含量）。高铝飞灰在静电除尘器当中的粘附性差，难以捕获，因此，从静电除尘器中逃逸的飞灰含量增多，从而造成GGH结垢的差异性。
Table 1. elemental fly ash (W %)
表1. GGH垢和飞灰样品的元素组成（W %）
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Analyte
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DZ灰
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DH灰
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SiO2
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51.71
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43.73
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Al2O3
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31.18
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48.20
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CaO
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6.47
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2.19
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SO3
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1.12
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0.21
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Fe2O3
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4.60
|
1.88
|
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MgO
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0.84
|
0.20
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Na2O
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0.50
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0.08
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K2O
|
0.95
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0.51
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TiO2
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1.56
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2.25
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P2O5
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0.47
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0.31
|
吸收塔运行时，氧化风机不断鼓入空气，吸收塔内液面上升。另外，由于吸收塔底部伴随着搅拌机的搅动，吸收塔浆液液面产生大量的泡沫，造成虚假液位，使液位虚假上升。由于液位测量反应不出液面上的虚假部分，使得含有的大量石灰石浆液和石膏泡沫从吸收塔原烟气侧流入GGH当中。在高温条件下，泡沫中的水分蒸发，石灰石和石膏颗粒将大量附着在换热元件的表面，从而造成结垢、堵塞。
4.3换热元件的材质影响
GGH中大多采用的是紧凑型的波纹板换热元件，这种元件有利于提高换热效率，但是由于表面不够光滑、有波纹，这样不利于清除表面的附着物。
4.4吹灰器的影响
从我们调研的DZ、DH电厂的石膏、石灰石的成分对比看来（如表2所示），其中SiO2、CaO等主要成分相近，但两个电厂堵塞的情况差别很大。说明GGH的堵塞程度不仅仅与脱硫系统本身的工艺性有关，而且在某种程度上跟GGH中的吹灰器有一定的关系。包括：吹灰器的个数、吹扫的周期的长短、正常吹扫的介质参数都会直接影响GGH的结垢状况。
Table 2. elemental composition of samples of desulfurized gypsum and limestone. (W %)
表2. 石膏、石灰石样品的元素组成(W %)
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Analyte
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DZ石膏
|
DH石膏
|
DZ石灰石
|
DH石灰石
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SiO2
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2.42
|
3.36
|
3.16
|
3.11
|
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Al2O3
|
0.71
|
1.42
|
0.87
|
0.74
|
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CaO
|
42.13
|
41.45
|
46.55
|
47.12
|
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SO3
|
49.41
|
52.41
|
|
|
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Fe2O3
|
0.44
|
0.21
|
0.40
|
0.27
|
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MgO
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4.66
|
0.80
|
2.30
|
1.65
|
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K2O
|
0.16
|
0.21
|
0.11
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0.18
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Na2O
|
0.07
|
0.13
|
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CO2
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46.61
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46.93
|
5防止GGH结垢的措施
5.1减少除雾器出口的携浆量
通过优化吸收塔中的喷淋层、除雾器的级数、板型及材料，延长烟气在除雾器中停留的时间，提高除雾器的除雾效果，减少随烟气进入GGH中的浆液量。
5.2选择换热元件的材质
将GGH中换热元件由以前的紧凑型的波纹板更换成巴克杜尔通道的波纹板（L型），将有利于增大烟气通流面积和换热元件表面的光滑度增强，从而防止堵塞的现象出现。
5.3吹扫的方式
采取充分的吹扫措施，包括压缩空气吹扫，高压水枪吹扫，蒸汽吹扫。在这里我们应指出在保证前两种吹扫正常的情况下要加大蒸汽吹扫可能是较为有效的一种措施。从我们对DZ电厂、DH电厂和FZ电厂采集的垢的样品来看，DZ电厂的垢较为疏松，其原因就在于此电厂更多的采用蒸汽吹灰，这样有利于垢的清除。而另外两个采用压缩空气和高压水枪的吹扫方式除垢的电厂，垢就非常坚硬。
关于吹灰器的个数，也是影响GGH堵塞严重与否的原因之一。通过调查发现，DZ电厂GGH堵塞情况相对于FZ电厂、DH电厂要轻。差别就是DZ电厂有两个吹灰器，冷端和热端各一个，而FZ电厂、DH电厂只在冷端有一个。由此看来，增加吹灰器的个数也能改善GGH的堵塞情况。
同时，GGH运行时要严格落实定期检查，定期吹灰制度，一旦发现有结垢迹象要及时处理，这也是防止GGH结垢的措施之一
5.4控制吸收塔浆液液位
确定合适的吸收塔运行液位，使得从吸收塔液位处到烟道入口处有足够的高度，可以很好的去控制由于吸收塔内泡沫量增加，造成的虚假液位，从而避免石膏浆液倒流进入GGH。如DH电厂吸收塔运行液位为5m，入口烟道的高度为6.6m，有效的防止了虚假液位造成的浆液溢流问题，至今没有出现过浆液溢流现象。而其余两个电厂不同程度上都出现过浆液溢流现象，都是采用的是降低吸收塔液位的办法来控制浆液溢流。
6结束语
GGH的结垢和堵塞问题直接影响着脱硫系统的稳定性、经济性、安全性。GGH的结垢、堵塞是由一系列综合因素造成的。因此，应从设计、运行和维护多方面进行研究和分析才能有效的避免。
致谢
感谢三个电厂的专工积极配合我们的课题调研，并且为我们的工作提供了大量的现场数据和帮助。
References (参考文献)
[1] Yue Tao，Zhuang Dean，Yang Mingzhen，et al. Status que of technology development of flue gas desulfurization and denitrification for coal-fired power plants in China[J]. Energy Research and Information。2008, 24(3):126-130 (Ch).
岳涛，庄德安，杨明珍，等. 我国燃煤火电厂烟气脱硫脱硝技术发展现状[J].能源研究与信息, 2008, 24(3): 126-130.
[2] Liu Yi，Zhang Qian. GGH Clogging Prevention of 600MW Thermal Power Unit Wet-process Flue-gas Desulphurization System[J]. Shenhua Science and Technology. 2009, 7(2):83-90 (Ch).
刘毅，张千. 600MW火电机组湿法烟气脱硫系统GGH堵灰治理[J]. 神华科技. 2009, 7(2):83-90.
[3] Zhong Yi，Gao Xiang，Huo Wang，et al. alysis of Scaling on Gas-Gas Heater Surfaces of Wet Flue Ga Desulfurization Systems[J]. Journal of Power Engineering, 2003, 28(2):275-278 (Ch).
钟毅，高翔，霍旺，等. 湿法烟气脱硫系统气_气换热器的结垢。分析[J].动力工程，2008, 28(2):275-278.