吳 凡

（常州市肯創(chuàng)環(huán)境工程技術(shù)有限公司，江蘇 常州 213161）

火電廠濕式石膏法脫硫系統(tǒng)的GGH（煙氣換熱器）在運(yùn)行過程中經(jīng)常因結(jié)垢而降低煙氣的流通量和熱交換效率，嚴(yán)重的甚至堵塞GGH。因此，GGH結(jié)垢問題已成為脫硫裝置安全運(yùn)行的嚴(yán)重障礙。由于這種污垢質(zhì)地堅(jiān)硬，難溶于酸堿，加上GGH的波形板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得GGH的清洗非常困難。

1 成垢原因分析

GGH換熱面結(jié)垢一般認(rèn)為是脫硫吸收液中亞硫酸鈣和硫酸鈣的晶體按相關(guān)化學(xué)反應(yīng)生成CaSO3·1/2H2O軟垢，再與煙氣中的CO2反應(yīng)生成CaCO3沉淀物。但是吸收塔中部分SO32-和HSO3-被煙氣中剩余的氧氣氧化為SO42-,最終生成Ca-SO4·2H2O 和 MgSO4沉淀。 CaSO4和 MgSO4的溶解度較小（0.223g/100g水，0℃），易從溶液中結(jié)晶出來，在部件表面上形成很難處理的硬垢[1]。由于煤種和運(yùn)行情況的不同，各地GGH的結(jié)垢成分不同，從多地電廠取回的垢樣分析看，除了硫酸鹽難溶垢外，還常常含有硅酸鹽、鋁酸鹽等難溶垢。圖1和表1分別是對(duì)某廠GGH污垢垢樣的俄歇電子能譜元素分析掃描圖和分析數(shù)據(jù)。

圖1 GGH上污垢垢樣的俄歇電子能譜元素分析掃描圖

數(shù)據(jù)表明，垢樣中硅酸鹽或二氧化硅含量最多，其次是硫酸鹽，這些垢物的性質(zhì)決定了化學(xué)清洗的難度。

表1 分析數(shù)據(jù) %

2 傳統(tǒng)的清洗方法

由于硫酸鈣、硫酸鋇等物質(zhì)與酸堿均不發(fā)生反應(yīng)，很難用常規(guī)的酸堿藥劑予以去除。在化學(xué)清洗領(lǐng)域，當(dāng)硫酸鹽含量超過一定比例時(shí)，垢物的性質(zhì)即被定義為特殊難溶垢。對(duì)這種污垢的化學(xué)清洗方法有兩種，一種是用氫氧化鈉堿煮，將硫酸鹽轉(zhuǎn)化成易溶于水的物質(zhì)，反應(yīng)式如下：

CaSO4+2NaOH＝Ca（OH）2+Na2SO4（1）

另一種方法是采用有機(jī)高分子絡(luò)合清洗劑進(jìn)行絡(luò)合清洗，比如用EDTA二鈉鹽，依靠藥劑自身強(qiáng)大的絡(luò)合能力結(jié)合硫酸鈣電離出的微量鈣離子，促進(jìn)溶解平衡的移動(dòng)，最終將硫酸鈣中的鈣離子都轉(zhuǎn)化成EDTA螯合鈣，反應(yīng)方程式如下：

這個(gè)反應(yīng)通過消耗硫酸鈣電離出的痕量鈣離子，促進(jìn)溶解平衡移動(dòng)，最終全部溶解，同時(shí)伴隨著新的配位平衡。

無論采用上述哪種方法，都需要蒸汽加溫以提高反應(yīng)速度，如果用傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑進(jìn)行GGH在線清洗則不能滿足這一條件。因此在實(shí)際應(yīng)用中，只能把GGH的搪瓷換熱元件逐包吊出，放到專用的清洗槽內(nèi)通蒸汽進(jìn)行清洗，再逐包吊回安裝，清洗周期很長(zhǎng)。此外需要指出的是，雖然氫氧化鈉價(jià)格便宜，但對(duì)搪瓷材料有很強(qiáng)的腐蝕，容易形成爆瓷，并不適合GGH的清洗。

從化學(xué)反應(yīng)方程式可以看出，硫酸鹽通過反應(yīng)達(dá)到溶解目的，因此垢量的多少?zèng)Q定了必須要有足量的藥劑參與反應(yīng)，而GGH換熱面積有2～3萬m2，即使結(jié)垢厚度只有1 mm，總垢量都會(huì)達(dá)到數(shù)十噸，因此所需的藥劑量非常大，而EDTA市場(chǎng)價(jià)格昂貴，僅藥劑這一項(xiàng)就使清洗工程造價(jià)無法降低。

因此，對(duì)GGH進(jìn)行高壓水射流清洗是另一種選擇。數(shù)百公斤壓力的高壓水射流能清洗部份垢物，但是由于換熱元件表面的凹凸溝槽結(jié)構(gòu)，高壓水并不能徹底清除垢物，日積月累，溝槽被填滿，并逐漸形成高壓水無法沖洗掉的硬質(zhì)污垢，因此在線高壓水射流清洗嚴(yán)格講只能起到疏通的作用，這也是在線射流清洗效果一次比一次差的原因。

為了徹底清除GGH換熱面污垢，采用拆卸后離線高壓水射流清洗是不得已的方法，但耗時(shí)很長(zhǎng)，300 MW機(jī)組的GGH拆卸射流清洗需用7臺(tái)高壓射流機(jī)連續(xù)作業(yè)近40天，拆卸安裝造成機(jī)械損壞的可能性也較大，工程造價(jià)也高，如果射流壓力控制不好，還會(huì)損傷搪瓷層。

3 創(chuàng)新的清洗方法

要實(shí)現(xiàn)在線化學(xué)清洗必須滿足：清洗能夠在常溫下進(jìn)行且反應(yīng)速度比較快；藥劑對(duì)搪瓷、碳鋼、玻璃鱗片襯里等不能有腐蝕；藥劑的材料成本比較經(jīng)濟(jì)合理。為此，從扭曲硫酸鹽晶鍵為研究切入點(diǎn)，篩選配置了一種作用僅僅是扭曲晶鍵的藥劑，藥劑本身并不參與化學(xué)反應(yīng)，但能使硫酸鹽分子因結(jié)構(gòu)膨脹而疏松，因此藥劑消耗量遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)反應(yīng)型藥劑。圖2、圖3是從某電廠GGH上取得的垢樣放大五萬倍的圖像，以及被藥劑浸泡清洗后再放大五萬倍的圖像，可見硫酸鹽分子結(jié)構(gòu)的確被扭曲，體積變大。

圖2 清洗前垢樣放大5萬倍的電鏡掃描圖

圖3 清洗后垢樣放大5萬倍的電鏡掃描圖

這種復(fù)配型藥劑由有機(jī)化合物構(gòu)成，pH值呈中性或略偏堿性，對(duì)碳鋼、搪瓷無腐蝕，對(duì)硫酸鹽含量較高的石膏板等能夠在5 min之內(nèi)就有明顯的溶脹效果，2 h后體積膨脹到最大，當(dāng)溶脹后的垢物風(fēng)干硬化后，只需再加水浸潤(rùn)就仍然能夠膨脹疏松。

4 成功案例

2009年10月，使用該藥劑采取浸泡和噴淋相結(jié)合的工藝對(duì)華能某電廠2號(hào)機(jī)組GGH進(jìn)行了清洗，有效清洗時(shí)間為4天，清洗前壓差為860 Pa，清洗后壓差為380 Pa，基本達(dá)到正常的運(yùn)行參數(shù)，取得了良好的效果。圖4，5為2010年4月某電廠GGH化學(xué)清洗前后的照片，圖4顯示，清洗前垢物幾乎堵滿換熱元件縫隙，圖5顯示GGH清洗后露出搪瓷本色。

5 結(jié)語

突破常規(guī)思路，采用扭曲硫酸鹽晶鍵的藥劑配方，能夠?qū)崿F(xiàn)GGH的在線化學(xué)清洗。實(shí)踐證明，這種方法是解決GGH清洗難題的既經(jīng)濟(jì)又有效的方法。

圖4 清洗前GGH結(jié)垢情況

圖5 清洗后GGH外觀照片

[1]火電廠煙氣脫硫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與主流工藝設(shè)計(jì)制造安裝調(diào)試運(yùn)行檢修后評(píng)估實(shí)施手冊(cè)[M].北京：中國(guó)知識(shí)出版社，2005.

[2]梁治齊.實(shí)用清洗技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[3]大連理工大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室.無機(jī)化學(xué)（下冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，2005.