脱硫系统GGH堵塞原因分析及解决策略

张学民

摘 要：脱硫系统烟气加热（GGH）设备，在国内早期火电厂湿法烟气脱硫系统中，GGH得到广泛的应用。设置GGH主要有几个优点：（1）减弱腐蚀。（2）降低耗水量。（3）加强污染物的扩散。（4）消除石膏雨。根据这些年脱硫系统运行经验来看。设置GGH主要会带来堵塞问题。迫使机组停运。尤其是在无脱硫系统旁路的情况下，堵塞会造成主机停运。大大影响了发电厂安全经济运行。

关键词：GGH结构影响  GGH垢层成分分析  GGH结垢原因分析  解决策略

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0004-02

1 GGH结垢造成的影响

1.1 安全性影响

有烟气旁路机组，GGH换热元件结垢严重后造成风机喘振。是由于GGH结垢后，烟气通流面积减小，烟气流速增加，阻力增大。风机出口压力升高。风机处在小流量高压头工况下运行，极易造成风机喘振。引起增压风机跳闸，脱硫系统退出运行。环保指标不达标，威胁机组的正常运行。

无烟气旁路机组，在堵塞后迫使整个机组事故停运。影响电网安全。

1.2 经济性影响

（1）GGH表面结垢，使GGH换热效率降低，净烟气达不到排放温度并对下游设施造成腐蚀。GGH换热面结垢，垢导热系数比换热元件表面的防腐镀层小，热阻增大。随着结垢厚度的增加，热阻也逐步增加。在原烟气侧高温烟气不能被换热元件有效吸收，换热元件蓄热量不够。回转到低温侧，结垢层又阻断热量释放，导致净烟气温升达不到设计要求。结垢情况越严重换热效率就越差，对出口烟道及烟囱造成了低温腐蚀。

（2）GGH结垢会造成吸收塔耗水量增加。由于结垢GGH换热元件与高温原烟气不能有效进行热交换，经过GGH的原烟气侧时，未有效降温。进入吸收塔的烟气温度超过设计值。进入吸收塔的烟气温度越高，从吸收塔蒸发而带走的水量就越多。

（3）结垢后GGH单侧设计压差增加1000 Pa左右，系统助力增加2000 Pa以上。增压风机的电流约增加90A，每台每天增加运行成本约1万元。

（4）无旁路系统，GGH堵塞造成的整个系统阻力超出增压风机运行极限时，主机被迫停运系统。每台机组每天直接、间接经济损失约超过100万元。

2 GGH结垢物成分分析

对阳城电厂#8GGH不同端的结垢物进行元素分析和物相分析，发现GGH结垢物主要有以下情况：

（1）积灰形成的灰垢。

这种灰垢可分为：松散积灰形成的灰垢与黏聚积灰形成的灰垢。松散积灰是飞灰沉积到换热元件上形成的。黏聚积灰是由于烟气中硫酸雾的凝结与烟气中的飞灰、硫酸、石膏、飞灰中的氧化钙相互反应生成类似水泥的化合物，形成难易冲洗的硬垢。

（2）石膏沉积的硬垢。

这种结垢物是由于烟气中夹带的浆液液滴，透过除雾器后。黏附在换热元件表面形成的石膏沉积垢。这种垢与除雾器叶片间形成的垢一样，但由于GGH换热元件的温度较高在75～100°，会使亚硫酸盐在高温下氧化成硫酸盐，在换热元件上形成化学反应，使得形成较坚硬的化合物垢。

3 GGH结垢的原因分析

GGH结垢有三方面原因：（1）净烟气侧除雾器失效所携带的石膏浆液。（2）原烟气侧电除尘器效果差携带的烟尘飞灰。（3）其他操作不当所引起的原因。

3.1 低温端除雾器失效引起的堵塞

由于除雾器失效，造成的净烟气中石膏浆液或水汽含量大，净烟气携带着这些浆液在遇到高温的GGH换热元件后，迅速的蒸发掉水分后沉积在换热元件的表面形成石膏垢（见图1）。

（1）烟气量超出除雾器设计余量后造成除雾器失效。

一级除雾器因超出流速后反而不堵，二级在超出流速后堵塞严重。现场观察到的情况是在二级后形成烟道大量的石膏堆积的现象。或者是在二级后出现堵塞。那么是什么原因造成的一级不堵，而二级后频繁堵塞。

根据上述性能曲线，看到的情况是在流速达到5.8 m/s后，除雾器的残留液滴就会超出75 mg/Nm3。除雾器的流速降低到3.0 m/s后，会残留液滴超出100 mg/Nm3。

因此除雾器运行的有效范围为35%～

100%负荷。当通过增压风机的烟气量低于其设计烟量的35%。这时的烟气流速不在除雾器运行的有效范围。烟气对除雾器板面的碰撞量减少，导致部分烟气飘出除雾器。没有达到除雾效果。最终使除雾器出口烟气中含水量增加。水分中的浆液也同时被带出吸收塔进入GGH。另外，高速烟气对GGH有自清扫的作用，这个作用在烟气量小于35%时可以认为已经削弱或者没有了。于是雾滴中的浆液黏附在蓄热元件上，通过高温烟气的加热，同烟中灰尘及烟中酸性物质迅速沉积成一种很难清理的沉积物。

（2）吸收塔高pH运行，引起堵塞，造成的除雾器失效。

在湿法脱硫系统中，吸收塔出现结垢一直是困扰脱硫系统稳定运行的一个瓶颈。系统结垢在石灰石湿法系统中，主要两种：一种是亚硫酸钙及其晶体（CaSO3.1/2H2O）形成的软垢;另一种是硫酸钙及其晶体（CaSO4.2H2O）形成的硬垢。为了防止结垢的产生一般会采用强制氧化（使亚硫酸钙的氧化率大于95%）工艺。亚硫酸钙的氧化与吸收塔里的pH值有密切的关系。因此控制pH值是湿法石灰石脱硫工艺中，防止系统设备结垢的重要措施。

当pH值到达6后。再增加pH值，产物就大部分是亚硫酸盐。它的溶解度都很小。这就是pH值高时，容易结垢的主要原因。是否发生结垢是可根据浆液中的亚硫酸钙溶解物是否结晶析出就可以判断。当运行中为了提高效率，拉高pH值。或者当煤种发生变化，含硫量超出设计值后，为了提高系统的效率短时拉高pH值后。大量的亚硫酸钙饱和结晶析出。造成除雾器上带有大量的亚硫酸钙，又因为亚硫酸钙粘性大，不易冲洗。因此在高pH值时，会堵塞除雾器的叶片，使得除雾器叶片的距离减小，造成整体除雾器的净流面积减小。必然会使烟气的流速增加，当流速增加到除雾器的极限流速后，除雾器出现二次夹带。在除雾器的一级前，由于夹带着大量的石膏与亚硫酸钙的烟气会在重力的作用下，降落在除雾器一级前的叶片上，经冲洗后造成一级前大量的石膏与亚硫酸钙的堆积;同时小颗粒的石膏浆液与亚硫酸钙在堵塞后的叶片间流速增加随着烟气进入GGH，在净烟道侧加热脱水后二水硫酸钙晶体沉积在GGH的换热元件上。同时部分亚硫酸钙在原烟气氧的作用下，氧化成二水硫酸钙沉积在GGH的换热元件上。另外有一部分二水硫酸钙在高温下部分失去结晶水以硫酸钙的形式沉积在换热元件上。造成GGH堵塞。

3.2 高温端电除尘除尘效果差引起的堵塞

吸收塔出口烟气经过除雾器后仍然携带一定量的水分（75μm以下），GGH换热元件表面比较潮湿，当GGH原烟气侧烟尘含量大时，烟气中粉尘会粘附在加热元件的表面。经烘烤后变成硬垢。另外，飞灰具有水硬性，飞灰中的CaO可以激活飞灰的活性，换热器上沉积的硫酸钙、冷凝产生的硫酸、和氧化钙、烟气中的SO3以及塔内浆液等与飞灰相互反应形成类似水泥的硅酸盐，随着运行时间的累积逐渐硬化形成堵灰，差压显著增高。

3.3 其它方面的原因引起

（1）运行时GGH未按运行规程进行GGH的定期吹扫，或吹扫的周期长、每次吹扫的时间较短，不能及时去除积灰/垢而形成累积;吹扫气/汽源参数不满足设计要求，空气吹扫时气体的压力只有0.3 MPa左右，不能达到吹扫效果;

（2）当GGH压差高时未采用高压水在线冲洗、或没有冲洗干净，粘积物板结成硬垢，造成结垢越来越严重。当吸收塔内pH 值较高时，烟气携带的CaCO3含量也多，它们与原/净烟气中SO2继续反应生成结晶石膏而牢固地粘附在GGH换热元件上引起堵塞。

（3）在运行中有时吸收塔液位过高，溢流管排浆不畅。浆液从吸收塔原烟气入口倒流入GGH。吸收塔在运行时由于搅拌器的搅动及氧化空气的鼓入使液位有一定的上升，运行时在液面上常会产生大量泡沫，泡沫中携带石灰石和石膏混合物颗粒。液位测量反映不出液面上虚假的部分，造成泡沫从吸收塔原烟气入口倒流入GGH。原烟气穿过GGH时，泡沫在原烟气高温作用下水分被蒸发，泡沫中携带的石灰石和石膏混合物颗粒粘附在换热片表面。在此过程中，原烟气中的灰尘首先被吸附在泡沫上，随着泡沫中水分的蒸发进而粘附在换热片表面，造成结垢。即使倒流时间短，GGH 积污也非常严重。

4 解决策略

（1）电除尘器的改造降低烟气含尘浓度。

选用使用高效的旋转极板电除尘器、电袋除尘、布袋除尘，或者用低温除尘器及吸收塔出口增加湿式除尘器，都可以降低烟气含尘浓度。

（2）除雾器的改造降低烟气带水。

除雾器失效，主要原因是通过除雾器的烟气流速发生变化。降低流速，改变不均匀的烟气，就成为除雾器前段必须做的工作。比如增加一级管式除雾，既能均布烟气流速。又能降低烟气流速。

（3）GHH进行大通道换热元件改造。

采用大通道波纹板（L型）换热元件替代原来紧凑型波纹板，该板形在烟气流通方向是直通的，没有小的波纹。其波型平滑，并考虑了GGH防堵塞结构的改造。

（4）离线化学清洗，选用弱酸或中性清洗介质。

由于GGH换热元件上黏附垢异常坚硬，单单采用高压水进行冲洗效果不明显，需要加清洗剂来松动结垢。GGH换热元件清洗由专业公司进行，采用清洗剂加高压水的方法，换热元件无需吊出冲洗，用清洗剂对波纹板喷洒渗透后用高压水进行冲洗，采用顶部及底部正反冲洗，效果比较好。

参考文献

[1] 曾庭华，杨华，廖永进，等.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行[J].中国电力，2008：741-760.

[2] 周至祥，段建中，薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[J].中国电力，2006：132-144.

3.2 高温端电除尘除尘效果差引起的堵塞

吸收塔出口烟气经过除雾器后仍然携带一定量的水分（75μm以下），GGH换热元件表面比较潮湿，当GGH原烟气侧烟尘含量大时，烟气中粉尘会粘附在加热元件的表面。经烘烤后变成硬垢。另外，飞灰具有水硬性，飞灰中的CaO可以激活飞灰的活性，换热器上沉积的硫酸钙、冷凝产生的硫酸、和氧化钙、烟气中的SO3以及塔内浆液等与飞灰相互反应形成类似水泥的硅酸盐，随着运行时间的累积逐渐硬化形成堵灰，差压显著增高。

3.3 其它方面的原因引起

（1）运行时GGH未按运行规程进行GGH的定期吹扫，或吹扫的周期长、每次吹扫的时间较短，不能及时去除积灰/垢而形成累积;吹扫气/汽源参数不满足设计要求，空气吹扫时气体的压力只有0.3 MPa左右，不能达到吹扫效果;

（2）当GGH压差高时未采用高压水在线冲洗、或没有冲洗干净，粘积物板结成硬垢，造成结垢越来越严重。当吸收塔内pH 值较高时，烟气携带的CaCO3含量也多，它们与原/净烟气中SO2继续反应生成结晶石膏而牢固地粘附在GGH换热元件上引起堵塞。

（3）在运行中有时吸收塔液位过高，溢流管排浆不畅。浆液从吸收塔原烟气入口倒流入GGH。吸收塔在运行时由于搅拌器的搅动及氧化空气的鼓入使液位有一定的上升，运行时在液面上常会产生大量泡沫，泡沫中携带石灰石和石膏混合物颗粒。液位测量反映不出液面上虚假的部分，造成泡沫从吸收塔原烟气入口倒流入GGH。原烟气穿过GGH时，泡沫在原烟气高温作用下水分被蒸发，泡沫中携带的石灰石和石膏混合物颗粒粘附在换热片表面。在此过程中，原烟气中的灰尘首先被吸附在泡沫上，随着泡沫中水分的蒸发进而粘附在换热片表面，造成结垢。即使倒流时间短，GGH 积污也非常严重。

4 解决策略

（1）电除尘器的改造降低烟气含尘浓度。

选用使用高效的旋转极板电除尘器、电袋除尘、布袋除尘，或者用低温除尘器及吸收塔出口增加湿式除尘器，都可以降低烟气含尘浓度。

（2）除雾器的改造降低烟气带水。

除雾器失效，主要原因是通过除雾器的烟气流速发生变化。降低流速，改变不均匀的烟气，就成为除雾器前段必须做的工作。比如增加一级管式除雾，既能均布烟气流速。又能降低烟气流速。

（3）GHH进行大通道换热元件改造。

采用大通道波纹板（L型）换热元件替代原来紧凑型波纹板，该板形在烟气流通方向是直通的，没有小的波纹。其波型平滑，并考虑了GGH防堵塞结构的改造。

（4）离线化学清洗，选用弱酸或中性清洗介质。

由于GGH换热元件上黏附垢异常坚硬，单单采用高压水进行冲洗效果不明显，需要加清洗剂来松动结垢。GGH换热元件清洗由专业公司进行，采用清洗剂加高压水的方法，换热元件无需吊出冲洗，用清洗剂对波纹板喷洒渗透后用高压水进行冲洗，采用顶部及底部正反冲洗，效果比较好。

参考文献

[1] 曾庭华，杨华，廖永进，等.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行[J].中国电力，2008：741-760.

[2] 周至祥，段建中，薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[J].中国电力，2006：132-144.

3.2 高温端电除尘除尘效果差引起的堵塞

吸收塔出口烟气经过除雾器后仍然携带一定量的水分（75μm以下），GGH换热元件表面比较潮湿，当GGH原烟气侧烟尘含量大时，烟气中粉尘会粘附在加热元件的表面。经烘烤后变成硬垢。另外，飞灰具有水硬性，飞灰中的CaO可以激活飞灰的活性，换热器上沉积的硫酸钙、冷凝产生的硫酸、和氧化钙、烟气中的SO3以及塔内浆液等与飞灰相互反应形成类似水泥的硅酸盐，随着运行时间的累积逐渐硬化形成堵灰，差压显著增高。

3.3 其它方面的原因引起

（1）运行时GGH未按运行规程进行GGH的定期吹扫，或吹扫的周期长、每次吹扫的时间较短，不能及时去除积灰/垢而形成累积;吹扫气/汽源参数不满足设计要求，空气吹扫时气体的压力只有0.3 MPa左右，不能达到吹扫效果;

（2）当GGH压差高时未采用高压水在线冲洗、或没有冲洗干净，粘积物板结成硬垢，造成结垢越来越严重。当吸收塔内pH 值较高时，烟气携带的CaCO3含量也多，它们与原/净烟气中SO2继续反应生成结晶石膏而牢固地粘附在GGH换热元件上引起堵塞。

（3）在运行中有时吸收塔液位过高，溢流管排浆不畅。浆液从吸收塔原烟气入口倒流入GGH。吸收塔在运行时由于搅拌器的搅动及氧化空气的鼓入使液位有一定的上升，运行时在液面上常会产生大量泡沫，泡沫中携带石灰石和石膏混合物颗粒。液位测量反映不出液面上虚假的部分，造成泡沫从吸收塔原烟气入口倒流入GGH。原烟气穿过GGH时，泡沫在原烟气高温作用下水分被蒸发，泡沫中携带的石灰石和石膏混合物颗粒粘附在换热片表面。在此过程中，原烟气中的灰尘首先被吸附在泡沫上，随着泡沫中水分的蒸发进而粘附在换热片表面，造成结垢。即使倒流时间短，GGH 积污也非常严重。

4 解决策略

（1）电除尘器的改造降低烟气含尘浓度。

选用使用高效的旋转极板电除尘器、电袋除尘、布袋除尘，或者用低温除尘器及吸收塔出口增加湿式除尘器，都可以降低烟气含尘浓度。

（2）除雾器的改造降低烟气带水。

除雾器失效，主要原因是通过除雾器的烟气流速发生变化。降低流速，改变不均匀的烟气，就成为除雾器前段必须做的工作。比如增加一级管式除雾，既能均布烟气流速。又能降低烟气流速。

（3）GHH进行大通道换热元件改造。

采用大通道波纹板（L型）换热元件替代原来紧凑型波纹板，该板形在烟气流通方向是直通的，没有小的波纹。其波型平滑，并考虑了GGH防堵塞结构的改造。

（4）离线化学清洗，选用弱酸或中性清洗介质。

由于GGH换热元件上黏附垢异常坚硬，单单采用高压水进行冲洗效果不明显，需要加清洗剂来松动结垢。GGH换热元件清洗由专业公司进行，采用清洗剂加高压水的方法，换热元件无需吊出冲洗，用清洗剂对波纹板喷洒渗透后用高压水进行冲洗，采用顶部及底部正反冲洗，效果比较好。

参考文献

[1] 曾庭华，杨华，廖永进，等.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行[J].中国电力，2008：741-760.

[2] 周至祥，段建中，薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[J].中国电力，2006：132-144.