摘要:介绍了烟气换热器(简称GGH)在烟气脱硫系统中的作用，结合案例介绍了GGH运行中的主要问题。针对GGH给系统安全经济运行带来的弊端，论证了取消GGH的可行性，并以案例说明取消GGH后的运行效果。
关键字:烟气换热器(GGH);350MW;可行性;研究
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引 言
GGH是烟气换热器(Gas GasHeater)的简称，是脱硫系统中主要装置之一，采用两分仓容克式或管式烟气加热技术，实现原烟气和净烟气换热。利用高温原烟气携带的热量，使净烟气温度从50℃左右上升到80℃左右，以减少对下游设备的腐蚀，提高烟囱排烟的抬升高度，降低污染物落地浓度，防止石膏雨的发生。同时将原烟气温度降低，以防止烟温过高对吸收塔防腐层、除雾器元件等设备的损坏，同时降低脱硫系统工艺水的消耗。图1为GGH的工作原理。
GGH的作用有以下几种。降低了进入脱硫吸收塔的烟气温度，减少了吸收塔水的蒸发量，有利于脱硫系统节水，同时由于吸收塔入口烟温降低，避免了过高烟温对吸收塔塔壁防腐层以及内部喷淋层和除雾器的损伤;对吸收塔出口的湿饱和烟气进行加热，防止湿烟气在脱硫后烟道形成大量凝结水而加速烟道腐蚀，同时由于烟温升高，烟气排放太升高度升高，从而降低污染物落地浓度。根据对某电厂的实际案例的计算，对于2x300MW机组合用一个烟囱，烟囱高度为210m，在环境湿度未饱和的条件下，安装和不安装GGH的烟气抬升高度分别为524m和274m，有明显的差异;加热后的烟气存在一定过热度，从而避免了烟囱排放的“白烟”现象，有利于视觉环保;避免了排烟的“石膏雨”现象;
日本、德国等国家排放法规要求烟囱出口的烟气温度不得低于72℃，92℃加热烟气可以增加烟气的抬升高度可以部分消除白烟现象，改善电厂的公众视觉形象早期认为GGH可在一定程度上减少下游设备的腐蚀;德国已经安装的GGH运行都不好，成为FGD 可用率的瓶颈，2002年之后，德国加入欧盟，由于大部分欧盟国家对锅炉排烟温度没有要求，因此新的欧盟标准也不对排烟温度进行规定，所以新建的FGD已基本取消GGH。美国没有对排烟温度有规定只有25%左右的FGD安装了GGH，在气象条件不好时，采用喷燃器加热烟气的方法解决烟囱雨和抬升高度问题。日本由于领土窄小，因此对排烟温度要求很高，几乎所有的FGD均安装GGH。
国内早期的脱硫系统基本都安装了GGH，但几乎所有的GGH都存在较严重的堵塞问题，由于早期脱硫都设置有烟气旁路，所以基本靠定期停运脱硫进行GGH冲洗的方式维持脱硫系统运行。随着GGH问题的暴露，后期改造的脱硫系统，基本不安装GGH。
2GGH存在的主要问题
1)投资和运行费用增加
GGH本体以及相关的附属设备投资，约占脱硫系统总投资的15%左右，如果计算因安装GGH装置而增加的增压风机、控制系统增加控制点数、烟道长度增加和GGH支架及相应的建筑安装费用等，其总费用约占FGD系统总投资的20%左右。
同时由于安装了GGH，系统阻力大大增加，脱硫系统运行电耗增加，以300MW机组为例，GGH总阻力按1000Pa计，脱硫烟风系统电耗增加约40-50%。
2)漏风造成脱硫效率降低
由于大部分脱硫系统，增压风机布置在GGH原烟气入口，原烟气侧压力高于净烟气侧压力，原烟气侧向净烟气侧的泄漏使部分烟气未经吸收塔脱硫而直接排放，降低了系统的脱硫效率，目前国内运行的GGH，漏风率基本在1%-3%之间，因吸收塔设计脱硫效率多为95%，也即漏风影响脱硫效率在1%-3%左右。
3)脱硫系统运行故障增加
由于脱硫后的净烟气，经过除雾器后仍有未除尽的石膏颗粒，容易在GGH换热元件上形成结垢，长时间积累造成GGH换热元件堵塞，堵塞使GGH运行阻力大大增加，脱硫系统运行电耗大幅增加，严重时造成增压风机或引风机喘振，需停运脱硫系统进行高压水冲洗或化学清洗。统计某电厂2×350MW机组，3年时间因GGH堵塞造成脱硫系统停运34台次，也就是说每两个月就要停运脱硫，对GGH进行一次水冲洗，工期约2天，若采用化学清洗，则工期需一周左右。同时，由于GGH频繁堵塞，脱硫系统运行电耗大幅增加，远远超过设计厂用电率指标。
3取消GGH的可行性研究
郭芳芳等研究了不同大气状态下GGH对落地距离的影响，GGH对扩大污染物落地距离有一定作用，但此影响与大气稳定度有一定关系，气象条件越偏稳定，大气污染物落地距离越远，GGH对落地距离的影响越小;反之，大气污染物落地距离越近，GGH对落地距离的影响越大。其他条件相同时，不设置GGH和设置GGH相比，污染物落地浓度明显增大，前者约为后者的1-3倍，但此影响与大气稳定度有一定关系，气象条件越偏稳定，污染物落地浓度越低，浓度相差也越小，GGH对落地浓度的影响也越小。
王福斌等研究证明，以某电厂为例，有GGH 时，净烟气温度为80℃左右，水蒸气体积分数为9%～10%，此时对应的烟气冷凝酸液质量分数为62%～64%;拆除GGH 后，净烟气温度为51 ℃左右，水蒸气体积分数为10%～12%，对应的烟气冷凝酸液质量分数为15%～32%。而硫酸溶液质量分数为60%～90%时腐蚀性较小，52%～56%时腐蚀速度最大，0～50%时腐蚀速度与其基本上呈线性关系。净烟气在温度为51 ℃时对应的酸液质量分数(15%～32%)的腐蚀性大于80 ℃时对应的酸液质量分数(62%～64%)。另外，以钢材为例，酸液的温度为40～80 ℃时，腐蚀速度比在其他温度时高出3～8 倍。
由上研究表明拆除GGH后，需重点解决污染物扩散和下游设备腐蚀的问题，同时需要考虑脱硫系统节水问题、吸收塔耐温问题和“石膏雨”问题。而根据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中，对污染物排放浓度进行了严格的控制，按照新的标准，污染物排放浓度大大降低，大部分燃煤机组面临环保升级改造，污染物排放浓度降低对落地距离和落地浓度降低的影响，远大于取消GGH对落地距离和落地浓度的影响。对于烟塔合一的电厂，可考虑利用现有烟塔进行烟气排放，可消除拆除GGH对污染物扩散的影响;加装GGH后，烟温升高至80℃左右，可以降低下游设备的腐蚀，但由于烟温仍低于其酸露点，仍然会对尾部烟道和烟囱产生产生腐蚀。因此，设置GGH并不能省略脱硫后烟道和烟囱的腐蚀。传统的脱硫烟道玻璃鳞片防腐和满足脱硫后湿烟气排放的防腐蚀要求，而湿烟囱防腐技术也已非常成熟;对于脱硫系统水耗和吸收塔耐温问题，可考虑在电除尘器前或脱硫前加装低温省煤器，还能达到节能的目的。对于“石膏雨”问题，可在通过在脱硫后加装湿式电除尘器来减缓和消除。
4取消GGH案例分析
4.1 改造前情况
某厂2×350MW亚临界机组脱硫系统采用石灰石湿法烟气脱硫工艺，一炉一塔下进上出布置方式，设有GGH，设置三台浆液循环泵，设置两层平板式除雾器。脱硫系统按照100%容量95%脱除效率设计。
GGH使用上海锅炉厂设计生产的30.5-V-450型两分仓回转式烟气加热器，设置蒸汽吹扫和高压水冲洗，具体参数如表1所示。
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脱硫系统投产初期即出现GGH堵塞情况，如图2所示。在线蒸汽吹扫和高压水冲洗无法控制，差压快速上升，停运脱硫系统，对换热元件进行离线高压水冲洗。但随着冲洗次数的增多，差压上升速度加剧，离线冲洗的效果也越来越差。最严重时，两台机组一年进行了12次离线水冲洗，脱硫系统投运率大大降低。
GGH堵塞直接导致烟风系统阻力增加，脱硫系统电耗大大增加，GGH堵塞最严重时，双侧总差压达到3400Pa，由于GGH差压直接导致脱硫系统电耗增加约1500kW。测试GGH漏风率在1.5%左右，影响脱硫效率0.95-1.51%。GGH漏风率测试情况如表2所示。
4.2 取消GGH技术方案
1)GGH及附属系统全部拆除，重新配置吸收塔入口烟道，在吸收塔入口原烟道上加装事故喷淋系统，喷淋系统可将入口烟温从200℃降低到75℃.
2)拆除增压风机，实现引增合一。
3)在原吸收塔三层喷淋层的下方增加一层喷淋层，相应增加一台浆液循环泵，新增的喷淋层流量为7500m3/h，设置90个喷嘴，单个喷嘴流量为83.3m3/h。对原有的3层喷淋层的靠近吸收塔壁的28个喷嘴进行更换，将原双向空心锥喷嘴更换为单向实心锥喷嘴，每个喷嘴流量为72.2m3/h。
4)将两层平板式除雾器更换为两层屋脊除雾器和1层管式除雾器，保证除雾器出口液滴含量≤50mg/m3。
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5)电除尘器前加装低温省煤器，烟温从150℃降低至105℃，回收热量用来加热凝结水。
6)吸收塔出口加装湿式电除尘器，控制烟气颗粒物(含石膏)排放浓度不超过5mg/Nm3。
7)利用现有烟塔合一机组的排烟冷却塔，将湿式电除尘器出口排烟引至现有烟塔排放，烟囱进行进口玻化砖防腐，作为临时备用通道。
图中，1-锅炉，2-低氮燃烧器，3-SCR脱硝装置，4-空气预热器，5-低温省煤器，6-电除尘器，7-电除尘器高频电源，8-动调轴流引风机，9-脱硫吸收塔，10-脱硫喷淋层(4层)，11-脱硫除雾器(两层屋脊式+一层管式)，12-湿式电除尘器，13-玻璃钢烟道，14-挡板门，15-烟塔，16-挡板门，17-烟囱
5 改造效果
1)取消GGH后，烟风系统阻力大大降低，脱硫系统电耗平均降低450kW，年节电约250万度，同时，由于消除了GGH漏风的影响，脱硫效率提高，原三台浆液循环泵运行才能保证排放浓度，现在两台浆液循环泵运行就可满足浓度要求，节省了大量浆液循环泵的电耗。
2)由于低温省煤器的作用，进入脱硫吸收塔的烟气温度和GGH取消前相当，脱硫系统水耗基本没有增加。
3)由于下游设置了湿式电除尘器，污染物实现了“近零排放”，烟尘、SO2、NOx排放限值分别按5mg/Nm3、35mg/Nm3、50 mg/Nm3，污染物浓度的降低，基本消除了取消GGH对污染物落地浓度的影响。同时，烟塔排放，也保证了烟气的排放高度。
4)由于取消了GGH，消除了因GGH故障而导致脱硫系统停运的风险。
6总结
随着环保要求的日趋严格，火电厂要保证较高的脱硫效率，同时必须保证脱硫系统投运率100%。GGH漏风大大制约了脱硫效率的提高，GGH结垢堵塞不仅使系统电耗大大增加，还严重威胁到系统的安全运行，使脱硫系统100%投运率得不到可靠性保证。因此，新一轮环保改造的过程中，是从安全、环保、经济综合考虑，取消GGH应作为优选方案。
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