烟气换热器

烟气换热器（GGH）对烟囱的影响
1 GGH在脱硫岛工程中的应用
1.1 GGH工作原理
GGH用于加热经脱硫系统处理过的烟气，使其在进入烟囱前得到升温，改善尾部烟道及烟囱的腐蚀状况。

它采用原烟气和净烟气之间通过受热面进行热交换强化换热，当设GGH时，烟囱入口前烟气温度一般高于80℃。

1.2 回转式GGH主要材料
传热元件由表面涂双层耐热搪瓷的薄钢板制成，一般使用寿命不低于50 000 h。

扇形板和轴向密封板用耐硫酸腐蚀材料包覆。

转子热端径向密封片及旁路密封片采用316L材料；转子冷端径向密封片采用特富龙材料，冷端转子旁路密封片采用高镍基合金材料。

1.3 设GGH方案在工程中的应用
GGH方案在国内已有几十个湿法脱硫装置应用。

在国外也有较多应用，主要分布在欧洲和亚洲地区。

2 不设GGH方案特点及工程中的应用
2.1 烟气温度
(1)不设GGH时，吸收塔后净烟气直接进入烟囱，烟温一般为45～50℃。

(2)旁路烟道开通，烟气直接进入烟囱，为引风机出口烟温。

2.2 烟气中腐蚀介质
吸收塔出口含饱和水蒸气的净烟气，主要成分为水蒸气、SO2、SO3。

低温下含饱和水蒸气的净烟气容易产生冷凝酸，含硫气体特别容易冷凝成腐蚀性的酸液（硫酸、亚硫酸），pH值在1～2之间。

2.3 不设GGH方案在工程中的应用美国B&W公司在全球FGD工程业绩中大多数不设GGH；其中在美国北部市场FGD中不设GGH；在中国台湾FGD工程中未设GGH。

3设置GGH与不设GGH方案的技术比较
由以下技术方案比较可以看出：设置GGH方案有厂用电率增加、烟气泄漏量增加，并且布置较复杂，烟道长度增加等不利因素，但可以减少工艺水消耗。

由于酸露点复杂，国内外有各种计算公式，得出的酸露点温度结果有较大差别，特别是对脱硫后的烟气计算。

但脱硫前后烟气的酸露点范围均在90～120℃之间。

脱硫前烟气温度和烟囱内壁温度基本上大于酸露点温度，因此烟气不会结露，且在负压区不会出现酸腐蚀问题。

有（无）GGH时FGD进入烟囱的烟气温度分别在80℃和50℃之间，均低于酸露点温度，SO3将全溶于水中，烟气会在尾部烟道和烟囱内壁结露，尽管烟气中等酸性SO2气体减少，但烟气的腐蚀性并未比脱硫前减少，加上烟囱正压区的增大，烟囱会出现腐蚀，烟囱和尾部烟道应进行防腐处理。

所以，不管有没有GGH，烟囱均需进行防腐处理。

FGD 装置进行性能试验表明，FGD吸收塔入口烟气为正压，温度110～150℃，取样管法兰上未发现有结露现
象；而在吸收塔出口、GGH前及GGH后发现，取样管法兰遭到腐蚀，并且GGH出口温度不均匀，上下温差最高达20℃。

目前FGD装置GGH后的烟道均进行了防腐处理，也说明设置GGH烟气仍然有腐蚀性。

设置GGH具有减少吸收塔烟温冷却水耗量、烟气扩散条件稍好、出口观感稍好的优点，但其缺点也很多，如提高了烟道阻力和电耗，并使基建投资、故障、维护费用增大很多等。

5 烟囱防腐措施
5.1 关于烟囱设计标准的说明
近年来，随着国家环保标准的逐步提高和大众环境意识的增强，国内新建火力发电厂工程都要求进行烟气脱硫处理。

但在我国，烟气脱硫处理还属于起步阶段，已建成投运、且完全按烟气脱硫处理运行的火力发电厂工程项目不多，且大多是新建工程，运行时间较短。

因此，烟气脱硫后烟囱腐蚀的调查和研究资料都较少，经验也有限。

在国家和电力行业烟囱的现行设计标准中，均未对进行脱硫处理的烟囱防腐设计做出具体规定，只是从烟气的腐蚀性等级对烟囱的防腐设计进行了要求。

鉴于目前收集到的国内脱硫烟囱腐蚀方面的研究和调查资料太少，难以对脱硫后烟气的腐蚀机理和腐蚀防范措施的效果做出明确的判断，因此在未成熟的情况下，未将脱硫处理的烟囱防腐设计要求列入规范中。

国内各电力设计院主要是依据各自的经验和参考资料进行设计。

各院一般是根据国家标准《烟囱设计规范》GB50051-2002（烟囱防腐设计章节）和电力行业标准《火力发电土建结构设计技术规定》DL5022-93（修）及许多国外烟囱设计标准和资料，作为各自的烟囱防腐设计方面的主要参考标准。

5.2 脱硫烟气的特点
通常进行湿法脱硫处理后的烟气，水分含量高，湿度大，温度低，易于出现结露现象。

烟气中的水气结露后形成的具腐蚀性水液约几十吨/小时，主要依附于烟囱内侧壁流下来至专设的排液口到脱硫系统的废液池中。

而脱硫处理后的烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，形成腐蚀强度高、渗透性较强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。

由于国内脱硫烟囱历史较短，专项的腐蚀调查研究资料很少，经验也不多，并且国内烟囱设计标准中对脱硫处理的烟囱防腐设计尚无明确说明。

因此，对于脱硫后烟气对烟囱结垢的腐蚀性分析主要是借鉴国外的资料和说法。

国际工业烟囱协会（CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程》（1999年第1版）中对脱硫后的烟气腐蚀性能（烟气腐蚀性能对其它类型烟囱同样适用）有这样的说明：
(1)烟气冷凝物中存在氯化物或氟化物将很大提高腐蚀程度，在20℃和1个标准大气压下，氟化氢（300mg/m³）、氯元素（1300mg/m³）和氯化氢（1300mg/m³）重量浓度超过0.025%、0.1%和0.1%时，腐蚀等级（化学荷载）为高级。

(2)处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级（化学荷载）。

(3)确定含有硫磺氧化物的烟气腐蚀等级（化学荷载）是按SO3的含量值为依据，凝结过程中SO3离子与水蒸气结合成为硫酸，对烟囱进行腐蚀。

(4)亚硫酸的露点温度取决于烟气中SO3浓度，一般约为65℃，稍高于水的露点。

燃煤中如含有污染，则在同样的温度下还会有像盐酸、硝酸等其它酸液。

(5)尽管在烟气脱硫效应（FGD）过程中已除去了大部分的氧化硫，但在净化装置下游，随着氧化硫含量的减少，烟气的湿度通常很大，且温度较低，当温度低于80℃时，烟气浓缩成酸液。

同时，烟气中还常常含有净化后得到的氯化物。

(6)烟气中的氯离子一遇到水蒸气便形成氯酸，它的化合温度约为60℃，低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是化合中很少量的氯化物也会造成严重腐蚀。

5.3 脱硫烟气的腐蚀性
按照CICIND的设计标准要求，燃煤电厂脱硫烟囱虽然在脱硫过程中已除去了大部分的氧化硫，但在脱硫后，烟气湿度通常较大，温度很低，且烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加。

因而，处于脱硫系统下游的烟囱，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因而烟囱应按强腐蚀性烟气来
考虑烟囱结构的安全性设计。

5.4 脱硫烟气的腐蚀性对烟囱设计方案的影响
按照国家标准《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2条和电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.4.4条的要求：当排放强腐蚀性烟气时，宜采用多管式或套筒式烟囱结构型式，即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触。

从国外资料看，火电厂烟囱基本上都是套筒式或多管式烟囱，且以钢内筒多管式烟囱为主，单筒式烟囱很少。

这可能是套筒式或多管式烟囱具有检修和维护空间，一旦需要，可立即对排烟内筒实施维护和补强；而单筒式烟囱（包括改进型单筒式烟囱）一旦建成投运，便很难再对它进行内部的检修和维护。

对套筒式或多管式烟囱，排烟内筒的结构材料选择一般有钢内筒型结构和砖砌内筒型结构两种，从材料的抗渗密闭性来看，钢内筒优于砖砌内筒，但经济性差些。

对于钢内筒结构，在烟气湿法脱硫（无GGH 装置）的情况下，CICIND在其发布的《钢烟囱标准规程》（1999年第1版）中建议采用普通碳钢板在其内侧（与烟气接触侧）增加一层非常薄的合金板或钛板的方法进行处理。

对于砖砌内筒结构（设GGH装置），从美国萨金伦迪（SARGENT&LUNDY）公司设计资料和英国公司为广东沙角C厂设计的240 m高烟囱图纸看，都对砖和胶泥提出了很高要求，即特殊的耐酸缸砖用硅酸钾耐酸胶泥砌筑，一般分两层错缝布置，并设封闭层。

砖的抗渗性能要求很高，主要目的是防止烟气渗漏形成冷凝腐蚀和对外排烟筒外包裹的保温隔热材料性能带来不利影响。

5.5 烟气温（湿）度与腐蚀性
脱硫后的烟气温度一般在40～50℃之间，且湿度很大并处于饱和状态。

根据前述的烟气特点，它是低于烟气结露的温度，烟气易于冷凝结露并在潮湿环境下产生腐蚀性的水液液体。

一般的烟气湿法脱硫处理采用加设烟气加热系统（GGH）来提高脱硫处理后排放的烟气温度（约80℃及以上），以减缓烟气冷凝结露产生的腐蚀性水液液体。

从理论上讲，采用烟气加热系统（GGH）有利于减缓烟气腐蚀（即提高烟气温度，减少结露），但烟气温度、水分这些诱发腐蚀的因素依然存在，况且GGH的运行能否满足运行温度值的要求，尤其是在发电机组低负荷运行、机组启停期间及其它不利工况时能否满足运行温度值的要求值得关注和重视。

烟气温度低、湿度大，烟囱内的烟气上抽力就降低，它影响着烟气的流速和烟气抬升高度及烟气扩散效果，这对排放的烟气满足环保要求（特别是氮氧化物NOx指标）带来不利的因素。

5.6 烟气运行压力与腐蚀性
烟气运行压力与烟气的温（湿）度和烟囱结构型式密切相关。

烟气温度低，其上抽力就小，流速就低，容易产生烟气聚集，并对排烟筒内壁产生压力。

锥体烟囱结构型式（如单筒式烟囱）中烟气基本上是处于正压运行状况，而等直径圆柱状烟囱（如双管和多管式烟囱中的排烟筒）是负压运行状况。

烟气正压运行时，易对排烟筒壁产生渗透压力，加快腐蚀进程；负压运行时，烟气渗透和腐蚀速度将大为减缓。

5.7 烟囱结构材料选用与腐蚀性的说明
如前所述，烟囱结构材料（排烟筒）主要有钢内筒型和砖砌内筒型两种。

钢内筒的抗渗密闭性较好，整体性强，自重轻，但耐腐蚀性和经济性差些（限于国内条件）；因此采用钢内筒时，都要对其内壁进行防腐措施处理（如加设耐酸砂浆保护层、耐腐蚀金属面层和涂层等）。

砖砌内筒中的砖体本身耐腐蚀性和经济性都较好，但形成砌体后的抗渗密闭性和整体性较差，自重大，其原因是数量巨大的砌体间的砌筑缝在温度变化和温度长期作用下必定会产生开裂，而这些开裂后出现的裂缝在低温度和高湿度的烟气环境下将促进烟囱的腐蚀进程；因此采用砖砌内筒时，都要加设耐酸砂浆封闭层和提高排放的烟气温度。

6 结论
不论是否设置GGH，都必须充分考虑烟囱防腐问题；同时由于GGH的作用有限，而取消GGH又能节省投资和降低运行、维护费用等，在今后取消GGH将成为趋势。