浅析湿法脱硫中热管式换热器运行的问题

于晓蕾

（同方环境股份有限公司，北京 100083）

1　情况概述

1.1　现场情况描述

某热电厂有三台240 t/h循环流化床锅炉，配置三套脱硫装置，同时安装三套热管式换热器，用原烟气加热净烟气，热管式换热器布置在吸收塔出口至烟囱入口水平烟道之间。热管材质采用ND钢圆管和ND钢螺旋翅片与ND钢圆管和ND钢螺旋翅片镀柔性金属搪瓷组合，从净烟气入口侧起1至6排为ND钢圆管和ND钢螺旋翅片镀柔性金属搪瓷，7至30排为ND钢基管和ND钢螺旋翅片，并设置在线水冲洗系统[1-2]。#1炉脱硫系统于2015年5月开始投运，投运后有6个月时间处于净烟道封闭，净烟气走临时烟囱；在通烟运行12个月后，于2016年11月初停炉检修。检查发现,原烟气侧底部在线冲洗后仍有较多灰垢与锈蚀，存在少量腐蚀。净烟气侧换热管存在大量翅片脱落及腐蚀情况，#2、#3炉情况类似。

1.2　主要运行参数

热管式换热器原烟气入口烟气设计参数：270 000 Nm3/h，（标态，干基，6%O2），原烟气入口设计温度为125℃，出口设计温度为90℃，换热器净烟气入口设计温度为50℃，出口设计温度为80℃。

1.3　运行参数分析

1.3.1换热器压差分析

现场DCS数据显示，2015年11月至2016年6月原烟气侧保持在400～1 000 Pa，净烟气侧保持在400～600 Pa；2016年6月至2016年11月原烟气侧保持在800～1 000 Pa，净烟气侧保持在600～1 000 Pa。上述数据显示，热管式换热器原、净烟气侧的压差随着运行时间增加不断升高。

1.3.2换热器烟温分析

现场DDCS数据显示，2015年9月到2015年10月，原烟气侧入口温度在60～120℃，净烟气侧出口温度在50～80℃。2015年11月至2016年6月，原烟气侧入口温度保持在120～140℃，净烟气侧出口温度保持在80℃左右；2016年6月运行至2016年11月，原烟气侧入口温度保持在120～140℃，净烟气侧出口温度保持在60～80℃。上述数据显示，热管式换热器净烟气侧的出口温度不断下降。

1.3.3主要运行参数与设计参数对比

现场实际运行参数与设计参数有较大偏差，如表1所示。

表1　现场实际运行参数与设计参数对比

1.4　现有运行问题

据现场勘查情况、DCS运行数据及参数分析，热管式换热器出现的主要问题有积灰、换热器腐蚀以及换热效果下降。

1.4.1积灰问题

原烟气侧的热管翅片、热管外表面及换热器底部和内部支撑结构有不同程度的积灰，热管根部尤为严重。净烟气侧也有积灰，热管外表面、翅片及换热器底部和内部支撑结构均有不同程度的挂灰，同样热管根部积灰最为严重。

1.4.2腐蚀问题

原烟气侧有少量腐蚀。净烟气侧腐蚀较为严重，净烟气侧第16和17排热管外壁有减薄现象且有部分热管翅片脱落，翅片脱落区域较为集中。

2　运行问题原因分析

针对上述问题，结合运行工况及现场实际情况综合考虑，笔者开展具体原因分析。

2.1　积灰问题分析

积灰主要是原烟气中携带的烟尘造成的，在设计条件下，入口烟尘含量应小于25 mg/Nm3，现场检测报告显示，换热器入口烟尘含量达到65 mg/Nm3，超出设计值1.5倍[3]。入口烟尘量远超设计值，导致积灰现象发生。同时，入口烟气量较设计值低10%，导致烟气流速降低，进而导致烟气携带尘的能力降低，加剧积灰程度。

另外，在运行过程中，曾经发生为保证SNCR脱硝效果，超量喷氨导致氨逃逸严重超标现象。过量氨会导致锅炉尾部烟气中产生硫酸氢铵，硫酸氢铵具有黏性，易附着在换热管壁而形成坚固的积灰，这种积灰难以被普通的水冲洗并清除。

2.2　腐蚀问题分析

热管式换热器尤其是净烟气侧的腐蚀情况，是由多种因素叠加导致的。烟气参数的变化、积灰、积水、换热器排水结构设计、换热器冲洗水设计以及换热器的日常维护等都是导致热管腐蚀的原因[4]。

本项目换热器净烟气侧出口温度目前为60～90℃。热管壁温下降到酸露点附近，会发生严重腐蚀。随着温度降低，原低于酸露点的温度区间会由净烟气入口侧向出口侧偏移扩大，如果偏移出ND钢衬柔性搪瓷热管区域到达ND钢区域，就会造成腐蚀。

3　改造方案

3.1　增加定期离线冲洗

目前，设计的在线清洗装置不能满足冲洗需求，为控制原烟气侧热管积灰，考虑增加定期离线冲洗系统。该厂三台机组为两用一备配置，每台机组间隔三四个月会停机一次，因此增加定期离线冲洗是可以实现的。

3.2　更换热管

根据现有腐蚀情况，将现腐蚀部分热管更换，更换范围为沿净烟气流向7～16排（共10排）的热管元件，新更换的热管元件采用ND钢圆管和ND钢螺旋翅片，净烟气侧做柔性金属搪瓷防护。

4　设计过程的优化建议

4.1　应对积灰问题的措施

对热管式换热器进行设计时，应该根据使用场合和具体条件，采用最优化设计方法，合理选择热管直径、长度、翅片的结构参数和翅化比，根据烟气的含尘情况采用合适的翅片间距和管间距等。热管式换热器大多选用穿片或螺旋型缠绕片，对于高灰分的情况可以采用轴对称单列纵向直肋翅片和钉头管。

4.2　应对低温腐蚀问题的措施

控制排烟温度，使排烟温度高于露点温度在20～30℃，保证热管长期安全运行。增设前置预热器，提高进入热管换热器的温度，可有效防止露点腐蚀[5]。通过调节冷热端的结构参数，提高热管换热器的最低壁温，防止低温腐蚀。改变热管管材，采用耐腐蚀钢如2205制造等。

5　结论

通过对某热电厂在运热管换热器现有问题的现场勘察、分析、改造，人们可以得出，目前，热管换热器在运行中还存在积灰及低温腐蚀的问题，它是实际运行工况偏离设计工况较大引起的。经过改造，热管式换热器可满足设计工况。在后续的设计中，笔者建议考虑一定的设计余量来提高热管式换热器对变工况的适应性。总之，热管式换热器应用于湿法烟气脱硫系统是可行的。