第二节 烟气系统主要设备
一、烟气挡板门
（一）烟气挡板门的作用
为保证FGD的停运不影响机组烟气系统的正常运行，在烟道上分别设置了原烟气挡板门、净烟气挡板门和旁路挡板门。
原烟气挡板门设在增压风机之前，在启动FGD时开启，停止FGD时关闭；净烟气挡板门设在净烟道上，在FGD投运时开启，FGD停止时关闭；旁路挡板门设在烟囱之前的净烟道和原烟道之间，在启动FGD时关闭，FGD停止或事故状态时快速开启。
脱硫系统故障时，为了保证锅炉风烟系统的正常运行，三个挡板门设联锁保护。当FGD装置运行时，烟道旁路挡板门关闭；当FGD装置停运时，旁路挡板门打开，FGD装置进出口挡板门关闭，烟气通过旁路挡板门进入烟囱，由烟囱直接排入大气。在调试中，旁路挡板一般要放在微开位置。图2-14所示为烟气挡板门系统。
图2-14 烟气挡板门系统
烟气挡板门的作用如下：
①在脱硫系统正常运行时，将原烟气切换至脱硫系统。
②在脱硫系统故障或停运时，使原烟气走旁路，直接排到烟囱。
（二）烟气挡板分类
挡板门有单百叶窗和双百叶窗两种型式，由本体、叶片、轴、密封、驱动机构、控制部分等组成。单百叶窗、双百叶窗挡板门外形如图2-15、图2-16所示。
图2-15 单百叶窗挡板门外形
图2-16 双百叶窗挡板门外形
（三）脱硫岛烟气挡板技术特点
（1）烟道挡板技术要求 具有耐高温特性（尤其原烟道），高化学防腐性能（酸腐蚀），过压、负压、防结垢性能，防机械磨损性能，低压力降，挡板密封性能。
（2）挡板门系统 包括框架、挡板本体、气动/电动执行器、挡板密封空气系统及控制等。图2-17、图2-18所示分别为旁路挡板门外形和结构。
图2-17 旁路挡板门外形
图2-18 脱硫岛烟气旁路挡板门结构
（3）工作状况 挡板应能承受各种工况下烟气温度、压力及所有运行条件下工作介质可能产生的腐蚀，根据烟气特性选择挡板各个部件（包括挡板框架、叶片、轴密封片及螺栓连接件等）的材料，采取相应的防腐措施，满足防腐要求。挡板门为双密封挡板，要求具有100%的气密性，并且不能有变形或泄露。
（四）挡板门的结构及工作原理
挡板门主要由框架、叶片、主轴、密封片、空气密封系统、曲柄连杆机构、电动执行机构等部分组成。框架采用钢板预成形，焊接制造；叶片由上、下两块面板及中间加撑筋焊接成空腔结构，主轴与叶片焊成整体；薄形弹性密封片，用螺栓固定在叶片上下面板边缘；主轴及叶片由轴承支撑在框架上。90°行程开关型电动执行机构带动驱动轴回转，驱动轴再通过曲柄连杆机构带动所有叶片绕其各自主轴中心回转，叶片如百叶窗式动作，当叶片同介质流向平行时为挡板门的开启位置，当叶片同介质流向垂直时为挡板门关闭位置。关闭位置时，挡板门叶片上下两层面板边缘的薄形弹性金属密封片分别与挡板门框架内壁上相应的两道密封边板贴紧，形成机械密封，此时叶片、密封片及密封边板已将整个介质流道截断，并在流道断面上形成一个密封空腔。
挡板门上的密封空气阀与电动执行机构机械连锁，当挡板门叶片开启时密封空气阀关闭，当挡板门叶片关闭时密封空气阀开启，此时密封空气从框架上的空气阀进口直接接入并充满整个密封空腔，由于密封空气压力比烟气介质高，烟气介质无法通过由叶片、密封片、密封边板及密封空气组成的密封屏障，确保挡板门的100%完全密封。
二、增压风机
（一）增压风机作用
增压风机是用于克服FGD装置的烟气阻力，将原烟气引入脱硫系统，并稳定锅炉引风机出口压力的重要设备。它的运行特点是低压头、大流量、转速低。在加装脱硫的情况下，锅炉送、引风机无法克服FGD的烟气阻力，所以锅炉加装脱硫装置时，必须设置增压风机。
（二）增压风机分类
1.离心式风机
（1）离心式风机的工作原理
离心式风机的主要工作部件是叶轮，当原动机带动叶轮旋转时，叶轮中的叶片迫使流体旋转，即叶片对流体沿它的运动方向做功，从而使流体的压力能和动能增加。与此同时，流体在惯性力的作用下，从中心向叶轮边缘流去，并以很高的速度流出叶轮进入蜗壳，再由排气孔排出，这个过程称为压气过程。同时，由于叶轮中心的流体流向边缘，在叶轮中心形成了低压区，当它具有足够的真空时，在吸入端压力作用下（一般是大气压）流体经吸入管进入叶轮，这个过程称为吸气过程。由于叶轮的连续旋转，流体也就连续地排出、吸入，形成了风机的连续工作。
（2）离心式风机的基本结构
离心式风机主要部件有电动机、联轴器、轮毂、集流器和进口风量调节器等，如图2-19所示。
图2-19 离心式风机结构示意图
1—电动机；2—联轴器；3—轴承体；4—主轴；5—轮毂；6—机壳；7—后盘； 8—叶片；9—前盘；10—拉筋；11—集流器；12—进口风量调节器
（3）离心式风机的特点
优点：①在设计工况下，风机效率最高；②叶片形式多样，抗磨性能好。
缺点：①叶片直径大，占地面积大；②负荷调节性能差；③运行值偏离设计点时效率下降快；④检修不方便。
2.轴流式风机
（1）轴流式风机的工作原理
图2-20所示的轴流式风机，当叶轮受到原动机驱动而旋转时，轮内气体就相对叶片作绕流运动，根据升力定理和牛顿第三定律可知，绕流流体会对叶片作用一个升力，而叶片也会同时给流体一个与升力大小相等、方向相反的反作用力，称为推力，这个叶片推力对气体做功，使气体的能量增加，并沿轴向流出叶轮，经过导叶等部件进入压出管路。与此同时，叶轮进口处的气体被吸入。只要叶轮不断地旋转，气体就会源源不断地被压出和吸入，形成轴流式风机的连续工作。
图2-20 轴流式风机示意图
1—整流罩；2—前导叶；3—叶轮；4—外筒；5—扩散筒
（2）轴流式风机的基本结构
轴流风机主要由转子部分的叶轮、主轴、联轴器（对动叶可调节风机言还有动叶调节机构）以及静子部分的进气室、导叶、扩压器、机壳、密封装置、动叶调节控制头和轴承等部件组成，其中进风箱、整流罩、叶轮、导叶、扩压器等部件的通道顺次相连就组成轴流式风机的流道。
（3）轴流式风机的特点
1）静叶可调轴流式风机特点
优点：①负荷调节性能比离心好，比动叶可调轴流式风机差，介于两者之间；②调节系统采用电动或气动执行机构，可靠性高，系统简单，维护方便。
缺点：效率相对较低。
2）动叶可调轴流式风机特点
优点：调节性能好，能很好地适应变负荷工况运行。
缺点：调节装置要求较高，制造精度也很高，装置复杂，维护保养不易。
三、气-气换热器
（一）气-气换热器的作用
气-气换热器的作用是利用原烟气加热脱硫后的净烟气，使排烟温度在烟气露点之上，减轻对净烟道和烟囱的腐蚀，同时降低进入吸收塔的烟气温度，降低塔内对防腐的工艺技术要求。
湿法脱硫工艺系统中，自锅炉引风机来的烟气将进入吸收塔中洗涤脱硫，这时的烟气温度一般为120～150℃左右。为保护吸收塔中的元件及防腐层，同时减少吸收塔中的蒸发水量，降低水耗，在吸收塔进口前的烟道上设置换热器降低烟气温度至95℃。烟气经过吸收塔洗涤脱硫后，将被冷却到45～55℃，为了保证烟气能充分扩散，防止冷烟气下沉，同时避免净烟气在排放时结露，需要将烟气加热到75～80℃。
（二）气-气换热器分类
气-气换热器有多种形式，一般分为蓄热式和非蓄热式。蓄热式主要有：回转式GGH、分体水媒式MGGH、分体热管式、整体热管式。非蓄热式指借助能源（蒸汽、燃气等）将冷烟气重新加热，其初投资较小，但能耗、运行费用较大。目前，国内大部分脱硫系统中的GGH都是蓄热式。
蓄热式换热器按烟气流程分为降温侧和升温侧。
①在降温侧，烟气未经脱硫洗涤。在不同负荷下原烟气由120～150℃降到90～110℃。在换热器的烟气入口处，主要是含尘烟气冲刷磨损，在换热器的烟气出口处，温度低于酸露点，主要问题是凝结酸腐蚀。
②在升温侧，烟气经过脱硫洗涤，由45～55℃加热到75～80℃，脱硫装置排烟温度按75℃考虑设计。经过脱硫的烟气中带有少量雾滴，雾滴中含有石膏、灰、石灰石等固体，容易在受热面上黏结，由于石灰石湿法烟气脱硫工艺对SO2的脱硫率较低，一般为20%～50%，并有未脱除的SO2，以及携带出的水珠中含有浓度较高的Cl-，使升温侧烟气对钢材有较强的酸腐蚀特性。
（三）回转式GGH
1.回转式GGH的工作原理
回转式换热器是带有旋转换热表面的再生式热交换器。安装有蓄热元件的转子在壳体内连续旋转，原烟气通过烟气管道进入GGH（气气加热器），并将热量传送到旋转转子的蓄热元件，蓄热元件将此热量传送到自吸收塔来的净烟气，提升净烟气进入烟囱之前的温度，以防止烟气低温结露腐蚀。
2.回转式GGH的基本结构
图2-21所示为GGH结构，回转式换热器由受热面转子和固定的外壳组成，外壳的顶部和底部把转子的通流部分分隔为两部分，使转子的一边通过未处理热烟气，另一侧以逆流通过脱硫后的净烟气。每当转子转过一圈就完成一个热交换循环。在每一循环中，当换热元件在未处理热烟气侧时，从烟气流中吸取热量，当转到脱硫后的净烟气侧时，再把热量放出传给烟气。回转式GGH的传热元件由波纹板组成，波纹板由厚度0.5～1.25mm的钢板制成，并在表面镀工业搪瓷以防止腐蚀。由于回转式GGH的转动部分与固定部分之间总是存在着一定的间隙，同时由于两侧烟气之间有压差，未处理烟气就会通过这些间隙漏入净烟气侧，采用烟气密封措施，即用净烟气作为密封气体，升压后充当隔离气体，在制造和安装较好的情况下，泄露量可保证在0.5%～2%。在烟气脱硫系统中广泛采用该种换热器作为烟气换热器。
图2-21 GGH结构
（1）换热元件 换热元件都布置在同一层，运行时有冷端和热端之分。这些换热元件都由碳钢板加工而成并在表面加镀搪瓷。GGH冷端是未处理烟气出口和处理烟气入口，由于吸收塔出口烟气湿度较高，而温度较低，所以更容易被腐蚀。换热元件由两种不同形状的薄钢板制成，一片钢板上是波纹的，另一片上则带有波纹和槽口，波纹与槽口间成30°夹角。带波纹的换热片及带有波纹和槽口的换热片交替层叠，波纹间交叉成60°。如图2-22所示。槽口、转子轴和烟气流平行布置，使元件板之间保持适当的距离。烟气流经GGH时形成较大的湍流。制作换热元件的钢板首先被加工成形，再镀上搪瓷，为方便运输和吊装将它们装入元件盒。这些换热元件都可以反向使用，每个角上的支撑板条部都有吊装孔。
图2-22 波纹板的叠纹
（2）转子 连在圆形钢制中心筒上的考顿钢板构成转子的基本框架。转子的中心盘与中心筒连为一体，从中心筒延伸到转子外缘的径向隔板分为多个扇区。这些扇区又被分隔板和二次径向隔板分割，与垂直于它们的环形隔板加强转子，并支撑换热元件盒如图2-23所示，元件盒的支撑钢板被焊接到环向隔板的底部。沿着径向隔板的顶边、底边和外部垂直边上钻孔，以便安装密封片，这同样也适用于二次隔板和径向密封板。转子由20～30个周围平直的扇区构成，每个扇形隔仓包含若干个换热元件盒。
图2-23 换热元件盒
（3）转子外壳 转子外壳包围转子并构成再热器的一部分，由预加工的钢板制成，内部镀有玻璃鳞片。GGH外壳组装成八面体结构，其端部由端柱和顶、底部结构的管撑支撑。端柱能够满足GGH外壳的不同位移。转子外壳支撑顶部和底部过渡烟道的外侧，这些烟道连接在顶部和底部的基板上。
端柱：端柱由低碳钢板加工而成，内镀玻璃鳞片。端柱支撑含转子导向轴承的顶部结构。每个端柱都支撑着一个轴向密封板，该板为端柱的一部分并支撑着转子外壳。端柱与底部结构的末端相连，并通过连接到底梁端部的铰链将整个载荷直接传递到底梁和再热器的支撑钢梁上。通过其中一个端柱将清洗风管道连接到轴向密封板底部。
（4）顶部结构 顶部结构是一个连接到两个端柱并形成外壳一部分的复合碳钢结构。端柱之间的两个平行构件在底部由扇形支板连接。构成顶部烟道连接第四个面的两块预加工成形板与底部和顶部加强板连接，形成箱形结构。顶部结构上装有顶部扇形密封板，顶部扇形密封板在焊到扇形支板前，悬吊在调节点位置。顶部结构由加强筋固定，长方形的烟道位于顶部结构的端部。此箱形结构将扇形支板和扇形（密封）板间的空间连接起来，形成烟气低泄露系统的一部分。顶部结构与烟气低泄露系统的接触部分已经预留了腐蚀裕量，与烟气接触部分进行玻璃鳞片防腐处理。
（5）底部结构 底部结构由两根碳钢梁组成，支撑着承受转子重量的底部轴承凳板。底部结构还支撑着端柱、底部扇形板、扇形支板和连接在GGH下侧的烟道。底梁的所有载荷通过其两端传递到支持钢架上。过渡烟道都是碳钢制成，内表面进行玻璃鳞片防腐。过渡烟道直接连接在转子外壳基板和顶部结构上，在膨胀节处截止。
（6）转子驱动装置 转子通过减速箱由电机驱动，驱动装置直接与转子驱动轴相连。驱动装置通过减速箱可提供两种驱动方式，即主电机驱动和备用电机驱动。两个电机都与初级斜齿轮箱的安装法兰相连。初级斜齿轮箱通过挠性联轴器与一级蜗轮蜗杆减速箱相连。一级蜗轮蜗杆减速箱直接安在转子轴上的二级蜗轮蜗杆减速箱上。二级蜗轮蜗杆减速箱通过缩紧盘固定在转子轴上。减速箱采用油脂润滑。电机通过安装在GGH附近的就地控制柜进行变频启动和控制，减少启动电流，也用于吹灰冲洗时电机低速运行。
（7）转子支撑轴承 转子自由对中，其重量由支持轴承支撑，轴承箱装在底梁上，轴承承受了全部的转动载荷。轴承采用油脂润滑，设有注油孔和油位计。
（8）转子导向轴承 顶部导向轴承位于轴套内，轴套落在转子驱动轴的轴肩上，通过紧锁盘与驱动轴固定。轴承和部分轴套在轴承箱内。轴承凳板由两个焊接在轴承箱两侧的外伸支架焊接构成，用来将轴承箱定位并固定到顶部结构上。焊接在顶梁上的调整螺钉可用来定位转子。轴承采用油脂润滑，润滑油牌号与支持轴承所用的相同。轴承箱上设有注油孔和油位计。
（9）转子密封 转子密封的主要作用是在正常负荷下，使烟气泄露量最小。密封板最初安装时在冷态下设定，这样，当FGD在100%负荷下运行时，转子密封片就会刚好离开密封表面。运行中，转子的膨胀填补了密封片顶部与密封板之间的间隙。对于底部扇形板，运行时转子与密封表面有间隙，扇形板应尽量靠近转子设定，将密封间隙减到最小。由扇形板形成的径向密封路径与这些密封板的边缘与轴向密封板垂直，在处理烟气和未处理烟气间形成一完整的密封路径。密封片布置如图2-24所示此外，GGH还采用净烟气隔离措施，利用低泄露风机抽取加热后的净烟气，经加压后再回流到GGH，使净、原烟气两股气流分开。该系统也用于在进入处理烟气侧之前清扫转子中的未处理烟气。隔离烟气通过沿着顶部扇形板中心线上的一系列孔进入，清扫烟气通过底部扇形板一侧的一系列孔进入GGH。
图2-24 密封片布置
1）径向密封 径向密封的作用是将未处理烟气到处理烟气的泄漏率降到最低。径向密封直接连接在径向隔板和二次径向隔板的顶部和底部边上。这些密封片是由厚2mm的耐弱酸不锈钢加工而成，紧靠顶部和底部扇形板。这些密封片有调节用的开槽，用M12的防腐螺栓，不锈钢方形压板和特氟龙垫片固定在径向隔板工作面上。
2）轴向密封 轴向密封条和径向密封条一起，用于减小转子和密封板之间的间隙，从而形成未处理烟气侧到处理烟气侧的分隔。轴向密封板安装在径向隔板和二次径向隔板的垂直外缘，其冷态设置应保证转子受载时轴向密封条和轴向密封板之间保持最小的密封间隙。密封板的材料要求与径向密封相同。
3）环向密封 环向密封条安装在转子中心轴和转子外缘的顶部和底部，其主要作用是阻止转子外侧的未处理烟气到处理烟气的旁路气流。环向密封还降低了轴向密封条两侧的压力差，有利于轴向密封。在转子底部外缘，由6mm厚的碳钢制造的单根环向密封条焊接在转子外壳基板上，与转子底部外缘构成密封对。在冷态安装时需考虑转子和转子外壳间的径向膨胀差。密封条进行玻璃鳞片防腐。
4）中心筒密封 中心筒密封的主要功能是防止烟气漏到大气中。中心筒密封片为带密封空气系统双密封布置。两端各有一套这样的装置，固定在扇形板上并与中心筒形成密封对。
（10）密封风系统 由于烟气具有腐蚀性，所以，不能通过转子中心筒密封和吹灰器墙箱泄露到大气中。为防止烟气泄露，采用加压密封空气系统，在GGH投运之前就投入使用。在转子中心轴顶部和底部都加密封空气，提高了内部中心筒密封的作用。吹灰器配有独立的密封风机，防止烟气泄露到大气中。
（11）隔离和清扫烟气系统 隔离烟气系统可在穿越转子冷端的两股对流烟气之间形成一道屏障，成为隔离风。第二股处理烟气用来在未处理烟气侧的底部扇形板以上的转子隔仓转入处理烟气侧之前，对它们进行清扫，称为清扫风。隔离风和清扫风是通过低泄露风机从热的净烟道抽取净烟气加压形成的。隔离烟气通过顶部结构进入到顶部扇形支板和扇形板间的空间内，然后通过沿顶部扇形板中心线上的一系列孔进入到转子隔仓内。在原烟气侧底部扇形板边上开一些孔，隔离风通过管道进入底部扇形支板和底部扇形板间的空隙。当原烟气进入到净烟气侧时，清扫风将热的净烟气通过转子向上吹，清扫未处理烟气侧的转子。
四、烟道
脱硫烟道均采用矩形道体，角钢内贴式焊接。原烟气GGH入口前的原烟气烟道由于烟气温度较高，无需防腐处理，但GGH出口至吸收塔的原烟气烟道以及所有的净烟气烟道由于烟气温度已降至酸露点以下，一般采用玻璃鳞片树脂涂层作为内衬材料，原烟气烟道和FGD出口净烟气挡板之后的烟道由于FGD停运后烟温较高，按高温玻璃鳞片树脂涂层考虑。
原烟气烟道外部设有横向加固肋，内部设有内撑杆（如需要），所有需防腐保护的净烟气烟道仅采用外部横向和纵向加强筋，不采用内部加强筋或支撑，以保证烟道具有足够的强度、刚度和整体稳定性，为了吸收烟道热膨胀引起的轴向位移烟道设有膨胀节。
烟道膨胀节一般由波纹管、端节、法兰、运输拉杆及其他零件组成。通过波纹管的柔性变形来吸收烟道热膨胀引起的轴向位移、少量的横向、角向位移，并有消声减振和提高烟道使用寿命的作用。
脱硫烟道膨胀节根据其材料可分为金属波纹管膨胀节和非金属膨胀节。由于金属膨胀节价格高于非金属膨胀节，所以一般采用非金属膨胀节。图2-25所示为烟道膨胀节外形。
图2-25 烟道膨胀节外形
膨胀节在可能出现的各种温度、压力下无损坏，并保持100%的气密性。膨胀节与烟道可采用螺栓法兰连接，但是，位于设备的接口处，如挡板、风机或位于FGD供货界限处的膨胀节应采用法兰螺栓连接方式。位于挡板门附近的膨胀节应有适当的净距，以避免与挡板门的移动部件互相影响。