GGH
據初步推算目前國內火電廠石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統採用煙氣－煙氣再熱器（GGH）的約占80%以上。若按每年新增石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統容量30,000MW計算，安裝GGH的直接設備費用就達10億元左右。如計及因安裝GGH而增加的增壓風機提高壓力、控制系統增加的控制點數、煙道長度增加和GGH支架及相應的建築安裝費用等，其總和約占石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統總投資的15%左右.
基本介紹
- 中文名：GGH
- 外文名：Gas Gas Heater
- 中文意思：煙氣換熱器
- 類型：煙氣脫硫系統
作用,利弊分析,
作用
GGH，它的作用是利用原煙氣將脫硫後的淨煙氣進行加熱，使排煙溫度達到露點之上，減輕對進煙道和煙囪的腐蝕，提高污染物的擴散度；同時降低進入吸收塔的煙氣溫度，降低塔內對防腐的工藝技術要求。
利弊分析
1． 前言
據初步推算目前國內火電廠石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統採用煙氣－煙氣再熱器（GGH）的約占80%以上。若按每年新增石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統容量30,000MW計算，安裝GGH的直接設備費用就達10億元左右。如計計因安裝GGH而增加的增壓風機提高壓力、控制系統增加的控制點數、煙道長度增加和GGH支架及相應的建築安裝費用等，其總和約占石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統總投資的15%左右.
GGH是否是石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統的必不可少的設備？如何根據電廠的實際情況來決定是否需要安裝GGH？工業已開發國家的煙氣脫硫裝置是否都安裝GGH？如何合理使用來之不易的環保投資？這是國家主管部門與業主都十分關注的問題。本文就此提出初淺的看法，僅供參考。
2．GGH的利弊分析
2.1 GGH的作用
2.1.1 提高排煙溫度和抬升高度
煙氣再加熱可以將濕法煙氣脫硫的排煙溫度從50℃升高到80℃左右，從而提高煙氣從煙囪排放時的抬升高度。根據對某電廠的實際案例的計算，對於2x300MW機組合用一個煙囪，煙囪高度為210m，在環境濕度未飽和的條件下，安裝和不安裝GGH的煙氣抬升高度分別為524m和274m，有明顯的差異。
但是，從環境質量的角度來看，主要的關注點是在安裝和不安裝GGH時，主要污染物（SO2、粉塵和NOX）對地面濃度的貢獻。在同一個案例中，對此進行了計算，計算結果見下表。
污染物 | SO2 國家二級標準限值 （0.15mg/Nm3） | 粉塵 國家二級標準限值 （0.15mg/Nm3） | NOx 國家二級標準限值 （0.12mg/Nm3） | |||
日均值/標準值 | 有GGH | 無GGH | 有GGH | 無GGH | 有GGH | 無GGH |
1.13% | 2.57% | 1.99% | 4.51% | 4.30% | 9.74% | |
污染物的最大落地濃度點到煙囪的距離，安裝和不安裝GGH分別為10529m和6689m。
從以上的計算結果可以看出，由於SO2和粉塵的源強度在除塵和脫硫之後大大降低，因此無論是否安裝GGH，它們的貢獻只占環境的允許值的很小一部分。由於FGD不能有效脫除NOx，NOx的源強度並沒有降低，因此是否安裝GGH對於NOx的貢獻有較大的影響，但是從上表看出，仍然只占環境的允許值的10%，因此對環境的影響不會很顯著。實際上，降低NOx對環境的影響的根本措施還是在安裝脫硝裝置，通過擴散來降低落地濃度，只是一種權宜之計。
2.1.2 減輕濕法脫硫後煙囪冒白煙問題
由於安裝了FGD系統之後從煙囪排出的煙氣處於飽和狀態，在環境溫度較低時凝結水汽會形成白色的煙羽。在我國南方城市，這種煙羽一般只會在冬天出現；而在北方環境溫度較低的地區，出現的幾率會更大。
安裝FGD之後出現白煙問題是很難徹底解決的。如果要完全消除白煙，必須將煙氣加熱到100℃以上。安裝GGH後排煙溫度在80℃左右，因此只能使得煙囪出口附近的煙氣不產生凝結，使白煙在較遠的地方形成。
白煙問題不是一個環境問題，而是一個公眾的認識問題，更何況與冷卻塔相比，煙囪的白煙是很少的。因此加強對公眾的宣傳和溝通，應該不會成為重大的障礙。
2.2 GGH能否減輕下游設備腐蝕的討論
在上世紀80－90年代，由於對FGD工藝的性能有一個逐步深化的過程，當時認為煙氣通過GGH加熱之後，煙溫升高，可以降低脫硫後煙氣對下游設備的腐蝕傾向。但是，經過此後的實踐證明，由於煙氣在經過GGH加熱之後，煙溫仍然低於其酸露點，仍然會在下游的設備中產生新的酸凝結。不僅如此，由於隨溫度上升液體的腐蝕性會大大增強，煙溫升高更加劇了凝結液的腐蝕傾向，使得經GGH加熱後的煙氣有更強的腐蝕性。因此認為採用GGH後可以不對下游煙道和煙囪進行防腐的概念是錯誤的。主要的原因如下：
－ FGD系統不能有效地去除SO3，而SO3是決定煙氣酸露點的主要成分；
－ 安裝GGH後，煙氣中的飛灰會積聚在GGH的換熱元件上，飛灰中的重金屬會起催化劑的作用，將煙氣中的部分SO2轉化為SO3，儘管數量不多，但是對升高煙氣的酸露點是有影響的。有測試表明，在GGH後面，SO3的含量有所增加；
－ 測試發現，經過FGD脫硫以後的煙氣的酸露點溫度在90－120℃範圍內，而煙氣再熱之後的溫度在80℃左右，因此在FGD下游設備表面上，仍然會產生新的酸凝結液；
－ 經GGH加熱後的煙氣溫度高於煙氣的水露點，因此可以防止新的凝結水的產生，但是80℃這樣的低溫煙氣，無法在很短的時間內，將已經凝結在煙道或煙囪表面上的水或穿過除霧器的漿液快速蒸乾，只能使這些液滴慢慢地濃縮、乾燥。這個過程使得原來這些酸性不強的液滴，變成腐蝕性很強的酸液，在煙道和煙囪上形成點腐蝕；
－ 由於煙氣經過GGH再熱以後溫度升高，造成煙道和煙囪中的環境溫度要比不安裝GGH時高約30℃。酸對金屬材料的腐蝕作用對溫度是非常敏感的，溫度升高會使得凝結酸液得腐蝕性更強。
因此，認為安裝GGH後可以減輕脫硫煙氣對下游設備的腐蝕是一個認識上的誤區。另外，無論是否安裝GGH，濕法FGD的煙囪都必須採取防腐，並按濕煙囪進行設計。這一點已經被國外幾十年來的實踐所證實。認為安裝了GGH就可以不對煙囪進行防腐處理是錯誤的。
2.3 安裝GGH帶來的問題
由於目前FGD系統多數採用迴轉式GGH，因此下面的討論主要是針對這類GGH的，但是對其它類型的GGH，如水媒式、蒸汽換熱器等，其結論也是適用的。
－ GGH設備本體以及由GGH引發的直接投資,包括煙道、支架和沖洗系統的費用大約是FGD總投資的15%；
－ GGH本體對煙氣的壓降約在1000Pa，如果考慮到由於安裝GGH而引起的煙道壓降，總的壓損約在1200Pa左右。為了克服這些阻力，必須增加增壓風機的壓頭，使FGD系統的運行費用大大增加；
－ GGH的原煙氣側向淨煙氣側的泄漏會降低系統的脫硫效率，儘管迴轉式GGH的原煙氣側和淨煙氣側之間的泄漏可以達到1.0%以下，但畢竟是一種無謂的損失；
－ 由於原煙氣在GGH中由130℃左右降低到酸露點以下的80℃，因此在GGH的熱側會產生大量的粘稠的濃酸液。這些酸液不但對GGH的換熱元件和殼體有很強的腐蝕作用，而且會粘附大量煙氣中的飛灰。另外，穿過除霧器的微小漿液液滴在換熱元件的表面上蒸發之後，也會形成固體的結垢物。上述這些固體物會堵塞換熱元件的通道，進一步增加GGH的壓降。國內已有電廠由於GGH粘污嚴重而造成增壓風機振動過大的前鑒；
－ GGH在運行過程和停機後需要用壓縮空氣。蒸汽和高壓水進行沖洗，以去除換熱元件上的積灰和酸沉積物。因此需要提供相應的壓縮空氣、沖洗水和蒸汽。GGH沖洗後的廢水含有很強的腐蝕性，必須進行專門的處理之後才能排放。
3．不安裝GGH的利弊分析
3.1 不安裝GGH的優點
3.1.1 降低FGD系統的投資和運行費
以下的技術經濟比較以2x300MW機組的FGD系統為基礎。煤耗按兩台機組280t/h，煤的含硫量為1%，FGD系統每年脫除的SO2為44800t。
（1）固定資產投入
安裝GGH固定資產投入約2000萬，貸款利率按5%計算，5年還清本利，總計2500萬。FGD的壽命為20年，因此，均化後每年的固定資產投入為125萬。因固定資產投入使得脫硫成本的增加為：
1250000/44800000 = 0.028元/kg SO2
（2）電耗
安裝GGH之後，由於GGH本體和煙道的阻力的增加，約使增壓風機的功率增加2x1500kW，按年運行6000小時，廠用電價為0.3元/kWh計算，每年增加的電耗支出為：
2x1500x6000x0.3 = 540萬元
因電耗而使得脫硫成本增加：
5400000/44800000 = 0.120元/kg SO2
（3）大修費用
大修費率按: 固定資產原值x2.25% 計算。
2000x2.25% = 45 萬元
因大修費用而增加的脫硫成本為：
450000/44800000 = 0.010元/kg SO2
安裝GGH後費用的增加見下表：
No. | 項目 | 單位 | 數量 | 價格 | 年增加費用 （萬元） | 脫硫成本增加 （元/kg） |
1 | 電耗 | kW | 3000 | 0.30元/kWh | 540 | 0.120 |
2 | 固定資產投入 | 萬元 | 注1 | 2500 | 125 | 0.028 |
3 | 大修費用 | % | 2.25 | 45 | 0.010 | |
4 | 合計 | 710 | 0.158 |
注1：年利率5%，5年還清本利,年增加費用按壽命期20年均化
如果按FGD 的壽命為20年計算，在FGD的整個壽命期內，總的費用為1.42億元，幾乎相當於2x300MW的FGD的總投資。
3.1.2 提高系統的運行可靠性和可用率
安裝GGH後，由於GGH部件的腐蝕和換熱元件堵塞造成的增壓風機的運行故障已經成為FGD系統長期穩定運行的瓶頸之一，降低了FGD系統的可用率，增加了維修費用。由於不安裝GGH後，FGD的煙氣系統得以簡化，因此FGD系統的可靠性有了提高，達到高可用率運行。
3.2 不安裝GGH帶來的問題
－ 由於需要對原煙氣的降溫幅度有所增加，因此系統的水耗要比安裝GGH時約增加50%左右；
－ 由於淨煙氣溫度較低，因此在環境空氣中的水分接近飽和，而且氣象擴散條件不好時，煙氣離開煙囪出口時會形成冷凝水滴，形成所謂“煙囪雨”，在煙囪周圍的地面上，有細雨的感覺；
－ 由於FGD系統不能有效去除NOx，因此必須對在取消GGH之後的NOx的落地濃度和最大落地濃度點離煙囪的距離進行核算，並取得有關環保部門的批准；
－ 不安裝GGH的FGD系統的煙氣在煙囪中的凝結水量會比較大，因此在進行濕煙囪設計時必須注意。
4．國外情況
4.1 德國
德國大規模建設FGD的時間是在上世紀的80－90年代，由於當時法規的要求，煙氣的排放溫度不得低於72℃，因此在此期間建設的FGD系統全部安裝了GGH,而且主要是迴轉式GGH。經過多年的運行，發現GGH是整個FGD系統的故障點，大大影響了系統的可用率。按照德國公司的介紹，幾乎100%的GGH在運行過程中都出現了故障。
德國加入歐盟以後，大部分歐盟成員國均對煙氣排放的溫度沒有法規上的要求。因此，從2002年開始，德國採用歐盟的標準，取消了對煙氣排放溫度的限制。因此在原東德地區近期建設的FGD已有部分系統不再安裝GGH了。德國脫硫公司認為，不安裝GGH是今後FGD發展的趨勢。
德國已經有越來越多的在有條件的電廠將脫硫後的煙氣通過冷卻塔排放，這樣既可以不安裝GGH，又可以省去濕煙囪的投資，而且也大大提高了煙氣污染物的擴散能力。
4.2 美國
美國的法規從來沒有對排煙溫度有限制，因此美國的FGD系統只有少部分安裝了GGH。一些美國電廠考慮到由於不安裝GGH，煙溫過低時對周圍環境可能產生不利影響，採用了在煙囪底部安裝燃燒潔淨燃料的燃燒器，在氣象條件不利於擴散時，對脫硫後的煙氣進行臨時加熱。這種方法的投資很低，運行費用也很低，同時，也保護了環境質量，是一種結合實際的解決方案，值得我們借鑑。
4.3 日本
由於日本是一個面積小，地形狹長的島國。為了減輕對日本本土的污染，一直採用高煙溫排放，以增強煙氣的擴散能力。因此幾乎所有的FGD系統全部安裝了GGH。
5. 小結
5.1 在FGD系統中安裝GGH是FGD早期發展過程中的認識，長期的實踐已經證明：GGH在FGD系統中的作用不大，但是由此帶來的負面影響卻很大；
5.2 濕法FGD所排放淨煙氣的煙囪都必須採用防腐措施，與是否安裝GGH無關。因此，認為安裝GGH後可以不對煙囪採取防腐措施，並以此節省煙囪防腐所需費用的觀點不但是錯誤的，而且是危險的；
5.3 GGH的投資和運行費用非常昂貴，對於2x300MW機組的投資費用為2000萬元，約占FGD系統總投資的15%，年運行費用約530萬。注意：建設一個防腐性能良好可以長期使用的濕煙囪的防腐費用大約為1500萬
5.4 根據目前國內已經投入使用的GGH的運行情況來看，許多GGH的運行情況均不佳，由於運行時間尚短，腐蝕的問題還沒有暴露出來，因此主要的問題是換熱元件堵塞，造成FGD系統停運。因此GGH將會給FGD的正常運行造成困難。
5.5 由於不安裝GGH致使NOx排放對地面濃度的貢獻有所增加的問題，主要應該依靠安裝煙氣脫硝裝置來解決，而不應考慮強制要求安裝弊多利少的GGH來迴避問題。從經濟角度來看，取消GGH之後節省的投資和運行費用，有可能補償安裝煙氣脫硝所需的投資費用。這樣可以削減NOx的排放總量（而不是僅僅依靠擴散來降低NOx的地面濃度），達到治本的目標。
5.6 安裝 GGH後對於減輕濕煙囪周圍地區的煙囪雨和煙囪冒白煙的問題有一定效果，因此，在一些對環境要求非常嚴格的地區的火電廠，是否在濕法煙氣脫硫系統中安裝GGH應在相應的環評中進行專題分析，並予以明確；應允許一般的電廠不安裝GGH。
