燃煤电厂GGH故障的风险性分析及处理方案

李均

摘要：基于燃煤电厂GGH故障停运引起吸收塔浆液的pH值降低、氯离子浓度高等结果，本文结合电力安全生产需要，提出了控制脱硫系统中氯离子的来源、加强了氯离子脱除的解决方案，确保了吸收塔浆液氯离子浓度达标，保证了脱硫系统的正常运行。

关键词：GGH故障停运；吸收塔；氯离子浓度高

0 引言

某燃煤电厂600MW机组烟气脱硫采用石灰石/石膏湿法脱硫技术，此系统中采用回转式气气热交换器（Gas-Gas Heater，GGH），加热吸收塔出来的净烟气并将其温度提高至露点温度以上，防止对烟囱的低温化学腐蚀。由于烟气脱硫系统，采用单一的GGH 运行，在电力生产过程中，GGH因驱动装置损坏，对烟气脱硫系统继续运行带来了极大的挑战。本文以燃煤电厂GGH故障为背景，分析GGH故障导致烟气脱硫系统存在的风险，进一步提出解决方案，以保证电力安全生产。

1 脱硫系统概述

1.1 火电厂脱硫系统意义

火电厂是我国主要的电力生产方式之一，然而，火电厂排放的二氧化硫（SO2）是大气污染的重要来源之一。SO2的排放会导致酸雨、大气污染物浓度升高，对人类健康和环境造成严重威胁[1]。在这一背景下，引入脱硫系统具有重要的环境保护和可持续发展意义。

火电厂脱硫系统可以显著减少大气污染。二氧化硫是酸雨的主要成分之一，会导致土壤酸化、水质污染、植被损害等问题。通过脱硫系统降低SO2排放，可以减少酸雨的形成，改善环境质量，保护自然生态系统。其次，脱硫系统有助于提高空气质量。火电厂排放的SO2和氮氧化物（NOx）是大气颗粒物的前体物质，对空气质量产生直接影响。通过脱硫系统降低SO2排放，可以减少细颗粒物和臭氧的生成，改善城市空气质量，减少呼吸道疾病和其他健康问题的风险[2]。脱硫系统的意义还体现在推动清洁能源转型方面。减少火电厂的SO2排放可以减轻对化石燃料的依赖，推动可再生能源和清洁能源的发展。这有助于减缓气候变化、提高能源安全性，符合可持续发展的战略目标。

综上所述，火电厂脱硫系统的意义远不仅限于减少SO2排放，它涉及环境保护、健康改善、电力供应稳定、能源转型和产业升级等多个方面，对我国的可持续发展具有深远的影响[3]。因此，加强脱硫系统的应用和技术创新是一项重要而紧迫的任务。

1.2 脱硫系统工艺原理

煤粉在炉膛燃烧烟气经过电除尘、引风机进入到脱硫系统，如图1所示。原烟气经过GGH吸热侧后烟气温度降低到设计温度以下进入吸收塔，含有较高浓度的SO2的烟气从吸收塔底部进入与吸收浆液逆流接触，其中的酸性组分等在塔内被吸收，净化的烟气从吸收塔顶部排出[4]。烟气经湿式电除尘进一步除去粉尘粒子等，净烟气经过GGH放热侧烟气温度升高到设计温度以上，经烟囱排放到大气。

 

图1 脱硫系统工艺流程图

2 GGH故障分析

燃煤电厂600MW机组脱硫系统GGH驱动装置损坏，GGH停止运行。GGH驱动装置故障后，吸收塔入口烟气温度由96℃上升到114℃，吸收塔入口烟气温度上升，必须控制在吸收塔设计可以承受的最大温度之下，从而保证吸收塔结构不被破坏。吸收塔入口烟气温度上升会使吸收塔内水分大量蒸发，烟气会带有大量的水分，最终从烟囱排出的烟气会由无色逐渐变成白色水雾状。GGH出口烟气温度由74℃降至55℃，烟气温度下降并且夹带的水分含量增加，水汽容易凝结在管壁上，极易造成烟囱烟道的低温腐蚀。同时烟气夹带的水蒸气会使CEMS取样管道进水导致相关的测量结果不准确，因此要在取样测量前进行蒸汽吹扫，才能确保测量的准确性[5]。GGH故障期间，进出口差压没有明显上升。

图2 GGH停运烟气温度变化趋势（机组负荷400MW）

3 吸收塔内浆液参数的变化以及风险分析

3.1 吸收塔内浆液参数的变化

 GGH故障后，吸收塔入口原烟气的温度增加，导致吸收塔内浆液蒸发量增加，吸收塔浆液的pH值降低，浆液氯离子浓度会持续上升（最高浓度超过设定值20000mg/L），浆液氟离子浓度、铝离子浓度基本无变化。

3.2 风险分析

GGH故障停运后，吸收塔浆液中CaCO3含量、氯离子含量上升。吸收塔内浆液的氯离子浓度上升会增加石膏中的脱硫剂的含量，因此副产物石膏中的CaCO3含量、氯离子含量会增加，无法保证石膏的品质[6]。

氯离子浓度的增加，会吸附浆液中的Ca2+，以CaCl2方式存在。Ca2+浓度的增加会进一步抑制石灰石的溶解，吸收塔内浆液的碱度降低，抑制吸收塔内的化学反应，SO2的脱除效果会受到影响。随着氯离子扩散能力增加，吸收塔内硫酸根离子与钙离子的结合受到抑制，影响二氧化硫的化学吸收与物理吸收，脱硫反应会受阻。同时高浓度的氯离子会与Fe、Al及Zn等金属离子形成络合物，附着在CaCO3颗粒物的表面，阻碍其溶解，抑制其化学活性，降低了使用率，脱硫效率下降[7]

。为保证脱硫效率，实现排放达标，需要提高液气比，增加溶质和溶液，吸收塔浆液循环系统的电耗会加大。

考虑氯离子具有对不锈钢强腐蚀的化学性质，务必要重视其对脱硫系统设备、管道等的腐蚀。较低的pH会增强氯离子的腐蚀性能，因此会加剧金属的缝隙腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀等现象[8]。GGH停运时间的长短直接影响吸收塔浆液中氯离子的浓度。随着GGH停运时间的推移，吸收塔浆液的氯离子含量增加，与浆液相接触的管道、设备以及罐体容易受到腐蚀，增加了脱硫系统正常运行的难度。

4 脱硫系统运行调整方案

GGH故障停运后，吸收塔入口原烟气温度上升，导致吸收塔内水分蒸发，烟气含水量增大。吸收塔内浆液氯离子含量增加，为保证脱硫系统正常运行，采取以下的调整措施。

首先，防止原烟气温度高引起吸收塔水分大量增发，为保证脱硫效果，必须控制好吸收塔液位。监测脱硫系统参数，适时调整运行措施，确保脱硫系统正常运行。

其次，吸收塔浆液氯离子浓度高，务必确保脱硫废水系统正常运行，维持石膏浆液排出。由于石膏浆液中氯离子浓度高，为防止石膏浆液中毒，应保持脱水出废水。加强废水、脱水系统设备的维护以及缺陷处理，清楚废水旋流器内杂物，提高旋流站入口压力，加大工艺废水排放量。

除此之外，防止高浓度的氯离子对脱硫系统的强腐蚀，务必减少氯离子浓度，控制氯离子来源，及时转移吸收塔内积存的氯离子。氯离子的来源主要有原煤、脱硫所用吸收剂、吸收塔补充水。配煤时选择氯离子含量低、含硫量低的煤进行调整燃烧，降低烟气含氯量及二氧化硫，避免燃烧高硫、高氯离子煤对脱硫系统造成冲击。及时调整电除尘的工作效率，确保电除尘保持良好的除尘效率，保证吸收塔的工作环境。为减少氯离子进入吸收塔，应该停止滤饼冲洗，防止工业废水回脱硫系统。加强对吸收塔补水水源工艺水的监测，确保工艺水的氯离子含量达标，同时减少露天雨水进入吸收塔，防止高浓度的氯离子水源进入吸收塔。经过优化调整，确保吸收塔氯离子的浓度在12000 mg/L–14000mg/L，保证脱硫（设备）系统正常运行。

最后，需要加强对吸收塔浆液参数的监测，适量置换新的浆液，保证脱硫效果。吸收塔浆液的氯离子浓度高时，经对脱硫系统参数进行优化得出，控制浆液的pH在5.35–5.7之间，浆液密度在1050–1180kg/m3的范围内，可进一步提高脱硫效率，从而确保了脱硫系统运行的高效性与安全性。

通过上述脱硫系统调整方案，可以有效应对GGH（烟气预热器）故障停运后引发的吸收塔内问题，确保脱硫系统的正常运行，同时减少对环境的负面影响。这一系列措施涉及到监测、废水处理、氯离子浓度控制以及浆液参数的优化管理，对脱硫系统的稳定运行和环境保护都至关重要。脱硫系统的调整方案是一个复杂而综合的过程，需要多方面的考虑和措施。这些措施不仅有助于保护环境，还可以提高脱硫系统的稳定性和效率，确保电厂持续运营并遵守环保法规。在今后的工程实践中，我们需要不断优化这些措施，以应对不同情况下可能出现的挑战，为可持续能源生产和环境保护做出贡献。

5 结语

GGH故障停运后，导致吸收塔浆液的pH值下降、氯离子浓度增加等不良后果，为确保脱硫系统正常运行，务必注意吸收塔液位，及时调整吸收塔浆液的pH值。高浓度的氯离子对脱硫系统具有很大的危害性，通过配置含硫量、含氯量低的煤炭，调控工艺水的含氯量，减少氯离子的来源。及时排出吸收塔内石膏浆液，转移塔内积存的氯离子，保证废水系统正常运行，持续出废水，防止工艺废水回吸收塔，确保浆液密度在1050–1180kg/m3的范围内，pH在5.35–5.7之间，提高脱硫效率。为保证脱硫效率，加强工艺废水的排放，必须增加浆液液气比，增加脱硫系统的电耗，因此从节能环保方面，不建议GGH故障停运后，发电机组保持长时间运行。

参考文献：

[1] 侯剑雄,王勤舫.火电厂脱硫GGH驱动装置故障维持运行分析[J].山东电力技术, 2019, 46(3):4.

[2] 蒋婷,田浩臣,蔡琳,等.燃煤电厂湿法脱硫故障数据及可靠性分析[J].锅炉技术, 2017, 48(4):6.

[3] 张翼，魏书洲，郝剑.脱硫系统取消GGH可行性研究及应用[C]//2017燃煤电厂“石膏雨”“有色烟羽”深度治理技术交流研讨会.中国动力工程学会， 2017.

[4] 张威；徐承亮；葛春亮；邓芙蓉；孙科；郑俊杰;.超低排放项目管式GGH烟气冷却器布置位置分析[J]. 2016.

[5] 王锶敏.粤泷电厂造成GGH压差高原因分析及解决方法[J].数字化用户, 2017, 000(015):31.

[6] 董锐锋,吴文龙,王锋涛,等.燃煤电厂超低排放改造后烟道氯化铵结晶原因分析及对策[J].热力发电, 2018, 47(003):128-134.

[7] 陆瑞源,李卓,王利强.燃煤电厂湿式电除尘器喷嘴故障处理及防范对策[J].中国电力, 2016, 49(11):5.

[8] 李庆,姜龙,郭玥,等.燃煤电厂超低排放应用现状及关键问题[J].高电压技术, 2017, 43(8):8.

作者信息：李均（1986.6-），云南昭通，硕士研究生，研究方向为火电厂设备检修、可靠性管理方向。