GGH吹灰器的设计与优化

符琦弘

（上海克莱德·贝尔格曼机械有限公司，上海200090）

GGH吹灰器的设计与优化

符琦弘

（上海克莱德·贝尔格曼机械有限公司，上海200090）

我国对环保问题日趋重视，火电厂纷纷上马脱硫项目。在国内电厂的烟气脱硫系统中，普遍安装了GGH吹灰器。目前市场上的GGH吹灰器常常存在烟气泄漏、提升阀和吹灰外管的使用寿命低、吹灰效果不理想等问题。通过分析，针对正压风系统、吹灰器喷嘴头、开关阀装置等方面的问题，提出了优化设计的思路和方向。

电厂；环保；脱硫；GGH；吹灰器；喷嘴；设计；优化

0 概 述

为了保护环境，减少有害气体排放，针对火电厂的污染物排放，我国出台了一系列的标准，其中当然包括SO2的排放。因此，近年来火电厂纷纷上马脱硫项目，其中应用最广泛的是技术成熟、运行可靠的石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺。

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中，经吸收塔净化后的净烟气温度一般为45～55℃，已经低于酸露点，容易因冷凝而产生腐蚀性酸液。同时，排烟温度的降低还造成近距离的环境污染。为此，国内火电厂普遍在湿法脱硫后设置气-气换热器（GAS -GAS HEATER），简称为GGH换热器。通过净烟气与GGH蓄热元件的热交换，提高烟气排放温度。

安装GGH后，又产生了新的问题。在GGH设备内，原烟气中的MgO、ZnO等金属氧化物，与附着于GGH壁面上净烟气的冷凝酸反应，生成MgSO4，ZnSO4等坚硬的固体结垢；净烟气中的石灰石浆液与原烟气侧的SO2、SO3反应后，也会生成CaSO3、CaSO4结垢。这些固体结垢不断沉积在换热元件的表面，将形成很难处理的硬垢，最终造成换热元件的堵塞。GGH设备堵塞后降低了设备的实际使用效率，增加了能源消耗。严重时，烟道将被彻底堵塞，影响了锅炉的安全运行。

为减缓GGH结垢，国内电厂普遍安装了GGH吹灰器，采用蒸汽、空气、高压水进行吹扫，延缓GGH的堵塞。由于GGH结垢的特殊性，现有的各种GGH吹灰器均不能达到很好的效果。一般情况下，GGH运行3～4个月，就会产生严重的堵塞。必须停机对设备进行检修和冲洗，降低了机组的投运率。因此，有必要分析GGH吹灰器实际的使用工况，并在已有的基础上重新进行优化设计。

1 优化设计的思路

现从正压风系统、GGH吹灰器喷嘴、高压水软管、吹灰枪管选材、提升阀开关阀装置等五个方面，提出了设计优化的思路和方案。GGH吹灰器的结构图，如图1所示。

图1 GGH吹灰器的结构

1.1 正压风系统

由于GGH设备内的烟气为正压，如无特别的密封措施，烟气肯定会外泄。泄漏的烟气不仅使吹灰器的工作环境变得十分恶劣，还严重影响了吹灰器的使用寿命。针对这种情况，吹灰器一般都备有一套正压风机系统，以确保烟气不会外泄。吹灰器与GGH设备的连接形式，如图2所示。含S腐蚀烟气的流入路径，如图3所示。

图2 吹灰器与GGH设备的连接

图3 腐蚀烟气的流入路径

1.2 需要正压风保护的位置

在GGH吹灰器上，需要正压风系统保护的位置共有两处。当GGH吹灰器运行时，吹灰外管跟联接箱之间存在相对运动。所以，烟气很容易从吹灰外管和联接箱之间的缝隙中泄漏。实践证明，即使有风机系统不间断的送风，也要使用为正压环境专门设计的“迷宫”型联接箱，才能确保将烟气泄漏控制在较低水平。该处一旦发生烟气泄漏，现场操作人员能即时发现，所以，在及时处置后，并不至于对系统造成严重后果。

吹灰器停用后，外管上的喷嘴仍然留在GGH设备内，烟气会通过喷嘴，向吹灰器后部的提升阀位置流动，如图3所示，所以，该处也需要正压风的保护。GGH设备内的烟气含硫，且烟温不高，有可能因结露而产生腐蚀性的硫酸、亚硫酸液。虽然不锈钢的防腐蚀能力较强，但在高温下（吹扫介质为高温过热蒸汽），不锈钢的许用应力并不理想，所以，不宜采用不锈钢制造吹灰器的提升阀。采用耐热合金钢提升阀的防腐蚀性能较差，如不在提升阀位置设置正压系统，进行不间断的送风，提升阀很快就会因腐蚀而出现内漏等问题。

此外，需在提升阀上配备空气阀。当提升阀打开，GGH吹灰器开始吹扫时，空气阀将处于关闭状态，确保送风被封闭，以免吹扫介质（蒸汽、压缩空器、水）沿着正压风系统管路倒灌，损毁风机。当吹灰器处于停用状态时，应该确保风机的送风能顺利通过空气阀，起到保护提升阀的作用。

1.3 正压风系统的风机和管路

为了保证GGH吹灰器前部的联接箱和后部的提升阀都能得到充足的风量，必须配置足够强大的风机。根据目前各电厂GGH吹灰器的实际使用情况，普遍采用的是风量不足3 m3/min的风机。所以，推荐使用风量能达到5.5 m3/min、功率为2.2 kW的大风机。风机的布置形式，如图4所示。

另外，在分别通往联接箱和提升阀的管路上，应设置手动球阀，通过调整球阀的开度，决定风量的分配。由于各GGH设备的运行状况和GGH吹灰器及其风机安装位置的差异，这种开度的调整只能是根据现场实际情况进行调整。如果联接箱内的烟气有泄漏，可以马上感知，但烟气是否已流入提升阀却很难马上判别。所以，在提升阀管路上设置了三通接头，只要取下三通上的堵头，就能马上判别是否有足够的风量去压制GGH烟气的流入，起到保护提升阀的作用。

图4 风机的布置形式

GGH设备本体就带有正压风系统，如果能直接使用是最好的，但是，由于其它设备可能已经占用了不少风量（比如声波吹灰器），实际上已没有足够的风量可以使用（有时仅剩2～3 m3/min）。如果是改造项目，现场提供风机的电源比较有限，只能满足风量不到3 m3/min的小风机使用。此时，仅需完全关闭提升阀管路上的球阀，让风机全力满足联接箱需要。另外再使用GGH设备本身剩余的正压风，满足提升阀密封的需要。这样，依然能保证GGH吹灰器能得到足够的风量。

2 GGH吹灰器喷嘴头设计

根据吹扫效果的需要，现在的GGH设备至少能用两种吹扫介质。通过GGH吹灰器提升阀进入的吹扫介质一般是过热蒸汽或压缩空气（根据需要还能接入低压水），另外GGH吹灰器还有一路高压水接口（10 MPa以上），接入高压水后，就能提供高压水吹扫。

喷嘴的设计必须兼顾蒸汽（压缩空气）喷嘴和高压水喷嘴。蒸汽的吹扫效果除了和汽源的蒸汽参数有关，同时也与喷嘴的设计有很大关系。查阅相关文献可知，直径小于10 mm喷嘴的吹扫效果有限。对于高压水喷嘴而言，为了适应在线吹扫（GGH换热元件作回转旋转），必须将喷嘴设计成双排并列，这是因换热元件外缘的线速度高，造成单排喷嘴的吹扫效果不理想。喷嘴双排的布置形式，如图5（a）所示。

在有些设计方案中，曾将高压水喷嘴置于蒸汽（或压缩空气）喷嘴上方的悬空位置，这种设计方案，可使高压水喷嘴利用蒸汽喷嘴的孔喷射高压水，如图5（b）所示。但这种设计使得维护高压喷嘴较困难，更麻烦的是，用蒸汽吹扫时，蒸汽会沿着高压水管路倒灌，对整条高压管路上的元器件构成很大威胁，降低了使用寿命。所以，新的设计方案必须将高压水喷嘴与蒸汽（或压缩空气）喷嘴分开布置。

图5 喷嘴的布置形式

新的设计方案中，如选用直径大于10 mm的蒸汽（压缩空气）喷嘴，加上双排的高压水喷嘴，安装喷嘴的外管直径不能太小，否则在布置上会显得局促，至少需选用管径为114 mm的管子，才有足够的放置空间。还需要注意的是，根据GGH吹灰器的运行模式，一般是采取直进步退的方式。具体地说，当吹灰器运行时（无论高压水还是蒸汽或压缩空气），吹灰外管首先前进到GGH设备最内侧靠近回转中心筒的位置，才开始吹扫，每隔一个GGH换热器旋转周期，后退一步，直至完成整个受热面的吹扫。假设蒸汽吹扫行程是7 000 mm，每次吹扫后步退50 mm，旋转周期是1 min，那么工作的总时间就应该是7000/50×1=140 min。设计喷嘴的轴向覆盖范围越大，每次步退的距离就越长。也就是说，在吹灰外管的轴向位置上，布置的喷嘴越多，对减少工作时间越有利，但所需吹扫介质的流量就越大。以350℃蒸汽吹扫压力1.0 MPa计算，4个直径10 mm喷嘴的蒸汽耗量不超过60 kg/min，这样的消耗量完全可以接受。关键还在于高压水吹扫时，当采用6个直径1.5 mm的高压水喷嘴，吹扫压力为20MPa进行吹扫，可计算所需的水量约为7.5 t/h。8个同样的喷嘴，采用同样的吹扫压力，就需要超过10 t/h的水量。考虑到大流量水泵的采购资金及耗水量较大，所以，建议选用6个喷嘴的设计方案。

3 高压水软管的选择

对于高压水软管的设计，看似容易，其实牵涉的面很广。为取得更好的吹扫效果，要求采用更高压力的高压水，因此，要求选用耐压等级较高的软管。为了保证高压水软管能在GGH吹灰器内正常进退，其弯曲半径就不能太大，但高压软管的内径较细，所需的弯曲半径相对较大，细管内的流体（高压水）速度越快，沿程压力损失也越大。较高的吹扫压力，意味着必须选用高压及大流量水泵。

其实，采用太高的吹扫压力对GGH设备进行吹扫未必有效，这是因GGH设备内换热元件的结构限制造成的。根据现场经验，吹扫压力只要能达到20 MPa（200 bar），就有很好的吹扫效果，再提升吹扫压力的效果很有限。根据吹灰器的结构，选择压力等级和弯曲半径较大的高压水软管，建议选择01型钢丝缠绕液压胶管。型号规格可选902-25-2S-21、902-22-2S-24、902-25-4S-35、902 -22-4S-41。这些高压软管的弯曲半径约为360 mm，承压超过20 MPa（200 bar）。

对于烟气倒灌的问题，不仅存在于GGH吹灰器后部的提升阀，同样也存在于高压水管路。烟气腐蚀会降低软管的使用寿命，因此，需在通往高压水喷嘴的硬管和高压水软管的联接处配置烟气逆止阀，如图6所示。当采用高压水进行吹扫时，烟气逆止阀打开，让水流通过，停止吹扫时，关闭的烟气逆止阀阻断了含硫烟气的流入。

图6 通往高压水喷嘴的硬管和高压水软管联接处的烟气逆止阀

4 吹灰外管

对于GGH吹灰器的吹灰外管设计是个难点。吹灰外管不仅要承受GGH设备内烟气的腐蚀，对于全伸缩式GGH吹灰器而言，还要在高温下保持一定的刚度。高温并非是指GGH设备内的烟气温度（约150℃），而是指吹扫介质为蒸汽时的承受温度。常用的吹灰外管材料有2种，选用哈氏合金C22或不锈钢316L作为吹灰外管材料。哈氏合金C22材料的性能非常优越，但价格昂贵。用户往往从成本考虑，要求采用316L作为吹灰外管的材料。

常用的316L吹灰管外径为Ø114 mm，吹灰管的行程7 000 mm，因管壁不同及伸出长度的不同，其挠度也各不相同。从图7可知，壁厚为6 mm时，吹灰外管的顶端挠度约为180 mm。从图8可知，壁厚为10 mm时，吹灰外管的顶端挠度约为160 mm。图9所示是吹灰外管伸出长度约1/3，壁厚为10mm，或吹灰外管伸出长度约2/3，壁厚为6 mm时，吹灰外管伸出后的挠度，从图9可知，吹灰外管的顶端挠度约为120 mm。

图7 吹灰管壁厚为6mm时全部伸出后的挠度

图8 吹灰管壁厚为10mm时全部伸出后的挠度

图9 不同壁厚及伸出长度时吹灰外管的挠度

以上数据通过计算而得，并在现场运行中得到确认。由此可知，对于316L的吹灰外管（Ø114 mm），即使调整壁厚，也很难改善外管的挠度问题。

吹灰外管挠度过大会带来很大问题，最直接的就是在回退过程中被卡死。可以肯定，吹灰外管的挠度过大，是因为在高温环境下，材料的弹性模量下降导致的。如果吹扫介质不是高温蒸汽，吹灰外管是可选用316L材料的。据冷态测试，行程7 000 mm的吹灰外管，外径为Ø114 mm，壁厚为6 mm，顶端挠度可控制在80 mm内。

如果用高温蒸汽作为吹扫介质，那么吹灰外管不宜采用316L材料。目前投运的GGH吹灰器，外管采用的是哈氏合金C22，该材料的耐腐蚀性能和刚性都让人满意。因此，对GGH吹灰器的吹灰外管而言，最合适的材料仍然是哈氏合金C22。采用哈氏合金的吹灰外管的工作范围，如图10所示。

图10 采用哈氏合金吹灰外管伸出的工作范围

5 提升阀开关阀装置

GGH吹灰器有两路不同的管道，可用两种以上的吹扫介质。一路通过提升阀，接入喷嘴头的是蒸汽或压缩空气，另一路通过高压水软管，接入喷嘴头的是高压水。高压水吹扫的启停，可由GGH吹灰器高压水管路的电动截止阀进行控制。GGH吹灰器蒸汽或压缩空气吹扫的启停，则由配置的提升阀进行控制。不能使用普通的电动截止阀，普通的截止阀从收到电信号到关闭阀门，需要几十秒的时间，对于过热蒸汽等比较危险的介质，必须选用启闭迅速的阀门。

传统的提升阀是依靠机械动作实现阀门的启闭，由于执行可靠，成本低廉，这种阀门在锅炉本体的炉膛吹灰器、长伸缩吹灰器、半伸缩吹灰器上得到广泛使用。但这种阀门的缺点是只能固定在某个位置，待吹灰器行走到位后才打开提升阀，然后需等吹灰器回退到某个位置后，才关闭提升阀。对于需精确吹扫GGH换热面的场合中使用并不理想。所以，对于GGH吹灰器而言，需选用启闭迅速并能精确控制开关位置的提升阀。

利用气缸和电磁阀（二位置）的气动执行机构，配合安装有弹簧的提升阀，再加上相关的程控装置，就构成了一套简洁可靠的开关阀装置，如图11所示。GGH吹灰器运行后，程控装置开始计算时间。到达开阀的时间点，程控设备发出电信号，电磁阀动作，压缩空气被充入气缸，气缸连杆动作后带动杠杆，克服提升阀上弹簧的预紧力，提升阀被打开。运行至关阀时间点后，程控设备发出电信号，电磁阀动作，切断通往气缸的压缩空气，打开泄气孔，提升阀上弹簧将杠杆推开，阀门被关闭。

图11 可程控的提升阀装置

类似的设计方案，在国外电厂的吹灰系统中已被广泛应用。国内对成本的考虑较多，暂时还没有推广。但对于GGH吹灰器而言，一套气动开关阀装置的成本，仅占吹灰器整机成本的2%～3%，成本压力不大，是完全可以接受的。

6 结 语

针对国内电厂GGH吹灰器的结垢问题，提出了优化吹灰器的设计方案。根据吹灰器的运行特点进行了分析，对现有GGH吹灰器的喷嘴、软管配置及管路设计，重新进行了优化设计，提高了吹灰器的投运率。

［1］王新刚.烟气换热器在电厂脱硫系统中的应用［J］.山西建筑，2008，34（15）：162-163.

［2］姜立清.板式换热器结垢的原因分析、清洗及保护方法［J］.黑龙江信息科技，2008（10）：15.

［3］阚兆新，罗春雨.换热器发生结垢的原因分析及处理方法［J］.齐齐哈尔大学学报：自然科学版，2008，24（3）：66-67.

简讯

中国核电的发电量同比增加近两成

据中国核能行业协会发布《2014年全国核电运行情况报告》，2014年中国核电发电量同比上升18.89%，上网电量同比上升18.8%，核电基本面转好的趋势明显。

2014年，中国核电发电量和上网电量继续保持上升趋势。报告显示，截至2014年底，中国投入商业运行的核电机组共达22台，总装机容量为20305.58兆瓦，约占全国电力总装机容量的1.49%。

2014年，中国共有5台核电机组投入商业运行，分别是阳江核电厂1号机组、宁德核电厂2号机组、红沿河核电厂2号机组、福清核电厂1号机组与方家山核电厂1号机组。预计在2015年，至少将有5台机组投入商运。据中广核2015年度新闻发布会披露的信息，2015年中广核预计将有5台新机组投入运行，分别为红沿河核电3号、4号机组，宁德核电3号机组，阳江核电2号机组和防城港核电1号机组。

根据最新的核电发展规划，至2020年，中国核电在运机组为5800万千瓦，在建机组为3000万千瓦。以此计算，在2015～2020年的6年间，需新建装机4000万千瓦，每年平均需要开工6台机组。

目前，中国核电技术正处于二代向三代过渡期，2016年之后，随着AP1000等技术的不断成熟，核电将迎来大发展。未来10年，核电建设的年投资规模，预计将达700亿元。

摘自上海电气电站设备有限公司电站辅机厂技术部《信息简讯》第196期

Design and Optimization of GGH Soot-blower

FU Qi-hong
（Shanghai Clyde Bergemann Machinery Co.，Ltd.，Shanghai 200090，China）

Desulfurization projects have been carried out in thermal power plant because of the increasing emphasis of the government on environmental issues.Generally GGH soot blower is installed in domestic power plant flue gas desulfurization system.Currently on the market of GGH soot blower，problems smoke leakage，short life of poppet valve and soot blowing outer tube，unsatisfactory soot blow effect and other often occur.Ideas and direction of design optimization have been put forward through analysis for the settings of positive pressure air system，soot blower nozzle head，switching valve device and other aspects.

power plant；environmental protection；desulfurization；GGH；soot-blower；nozzle；design；optimization

TK284.4

：A

1672-0210（2015）01-0040-05

2014-11-10

符琦弘（1985-），男，大学本科，毕业于上海理工大学，从事火电锅炉吹灰器系统设计及设备优化方面的工作。