熱二次風加熱脫硫后凈煙氣在600 MW機組中的應用

倪迎春，張東平

(1.江蘇利港電力有限公司，江蘇 江陰 214444;2.南京工程學院環境工程系，江蘇 南京 211167)

0 引言

江蘇利港電廠四期2×600 MW機組為超臨界燃煤機組，脫硫裝置一爐一塔，采用石灰石石膏濕法。廠區北臨長江，南側為居民區，自從脫硫裝置投運以來，每年冬天環境溫度低，風向為西北風時，濕煙囪內煙氣在居民周圍凝結降落，俗稱“石膏雨”，給居民及廠區的環境帶來很大的影響，通過對脫硫系統的運行方式進行優化并對關鍵設備除霧器進行了相關改造，“石膏雨”現象有所緩解，但在天氣寒冷時仍無法徹底解決，經過多方論證后決定尋求加熱凈煙氣的方法來解決，加熱方式在傳統的GGH還是其他方法間進行了比較，最終確定了抽取鍋爐熱二次風的方法，改造工程完工后，在2012年9月投入運行后，徹底解決了“石膏雨”問題，取得了良好的社會效益和經濟效益。

1 技術改造提出的原因

江蘇利港電廠共有8臺機組，分四期建設，脫硫裝置全部采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，而且一、三、四期均不設GGH，采用濕煙囪排放脫硫后凈煙氣，煙囪內壁采用了賓高得防腐技術，從吸收塔出口的煙氣溫度比較低，全年一般在45～55℃之間，而且含有大量水蒸氣，處于飽和狀態，排放此濕煙氣，在環境上帶來以下幾個問題[1]:(1)濕煙氣的溫度比較低，抬升高度較小，雖然經過脫硫工藝后，二氧化硫濃度大幅減少，但還是會含有一定量的二氧化硫、三氧化硫等酸性氣體，抬升高度的降低，會造成區域地面污染物濃度相對較高;(2)凝結水和攜帶水可能造成煙囪下風向的降水，此降水與大氣的相對濕度，煙氣與環境之間的初始溫度差等有關，一旦條件滿足后降落，因煙氣中攜帶的粉塵以及石膏漿液積聚在液滴中落到地面形成“石膏雨”，對環境造成污染，腐蝕鍋爐鋼架及設備與保溫，也對周圍的居民生活造成影響，居民的汽車玻璃、菜葉上面常會出現白色的斑點。因此，電廠決定通過技術改造來消除“石膏雨”現象，避免發生脫硫裝置運行后帶來的二次環境污染問題，要想完全徹底消除“石膏雨”現象，唯一的辦法是對凈煙氣進行加熱，因此電廠利用四期的2臺600 MW機組大修的機會首先進行技術改造。

2 加熱凈煙氣方案的確定

江蘇利港電廠二期機組使用了GGH，在冬季寒冷季節凈煙氣溫度一般在75℃左右，實際運行中觀察未產生“石膏雨”現象，因此加熱凈煙氣首先想到了GGH，但現實問題是四期機組現有的脫硫場地很難再布置下GGH，一定要布置的話要將原有煙道全部拆除。另外增加GGH后新增系統阻力在1 300 Pa左右，原有的2臺增壓風機需要更換，據初步估算，兩臺機組總投資高達8 000萬元以上，整個施工周期較長。增加GGH后技術上還有一個換熱元件積灰堵塞的問題難以避免，運行中如果對煙氣中粉塵、除霧器沖洗等參數控制不當，換熱元件堵塞會很快，利港3號GGH曾經發生堵塞嚴重導致增壓風機壓頭無法滿足機組帶滿負荷的情況，嚴重影響機組的安全與經濟運行[2]。在目前脫硫裝置煙氣旁路擋板均已拆除的情況下，如發生類似情況，只能停機處理，大大降低了機組的可靠性。綜上所述，只能舍棄增加GGH的方案。

對比四期機組送風機實際運行測試數據與性能保證值，發現送風機風量及風壓裕量均較大，具有抽取部分熱二次風加熱凈煙氣的可能，該方案投資省，兩臺機組總投資約為1 000萬元，施工方便，不需要機組停運很長時間來施工，日常的運行維護費用低。從熱量平衡原理看，二次風加熱脫硫出口凈煙氣技術所造成的經濟損失是不可避免的，影響機組經濟性數值比蒸汽加熱器更大[3]，但對于該改造工程有一個非常有利的條件是現有煙囪是按照濕煙囪設計的，在“石膏雨”基本不會發生的夏季可以停運二次風加熱，不用擔心煙囪腐蝕問題，這部分停運時間可以大大降低全年的平均運行能耗，因此最終將方案選定為采用熱二次風來加熱脫硫后凈煙氣。

3 熱二次風加熱凈煙氣的實施過程

3.1 熱風管道布置

將用于加熱凈煙氣的熱二次風管道從空預器A出口的熱風道引出鍋爐房，為了減少彎頭阻力，以彎頭斜向接出鍋爐房，分別沿鍋爐房側向爐后，經過電除塵器、引風機室，以彎頭斜接至脫硫塔出口水平凈煙道的側部。為了方便對抽取熱二次風量進行調節，在熱風管道上設置一個氣動調節門和兩個氣動截止門，通過調節氣動調節門開度來控制煙氣加熱溫度，在不抽取熱二次風時關斷氣動截止門和調節門來減少二次風的漏風量。混合處熱風道支管插入凈煙道內長度大約為300 mm，并采用了旋流裝置，將熱風道中的平行熱風旋轉起來進入凈煙道，這樣可以保證熱二次風與凈煙氣充分的混合。為了保證加熱風道熱膨脹的需要，在每兩個固定點之間加設非金屬補償器，以吸收加熱風道的熱位移，系統示意圖見圖1。

圖1 抽取熱二次風加熱脫硫凈煙氣系統示意圖Fig.1 Sketch map of extracting secondary-air heating desulfurized clean flue gas system

3.2 熱二次風參數的確定

抽取熱二次風加熱凈煙氣，首先需要確定熱二次風抽取點的壓力、加熱凈煙氣需要的熱風量，經過對試驗數據的總結及熱力計算，確定了加熱凈煙氣需要熱風的壓力及風量參數，見表1。

表1 BMCR工況下抽取熱二次風加熱脫硫凈煙氣設計參數Tab.1 Design parameters of extracting hot secondary-air heating desulfurized clean flue gas(BMCR condition)

續表

結合廠內二期脫硫GGH運行的實際經驗，最終選擇了凈煙溫度為72℃的設計方案。

4 應用情況分析

4.1 實際投運數據

機組BMCR工況下，熱二次風投運后的實際運行數據見表2。

表2 抽取熱二次風加熱脫硫凈煙氣實際運行數據Tab.2 Operation data of extracting hot secondary-airheating desulfurized clean flue gas

4.2 改造取得的效果

四期2臺600 MW機組熱二次風加熱凈煙氣改造工程于2012年9月完成，投運后在多種氣象條件下進行了實地觀察，并且對比了3期未改造的2臺600 MW機組，效果非常明顯。特別是在2012年12月25日早，當時環境溫度-3℃左右，在全年屬于氣溫比較低的時間段，在距離四期機組煙囪下風向100 m，200 m，500 m以及更遠的范圍內，觀察均無“石膏雨”現象，而在相鄰仍未改造的3期機組煙囪下風向200 m范圍內已經有明顯的液滴落下，對比的效果非常明顯。其它環境溫度稍高的情況，更沒有觀察到“石膏雨”現象，影響視覺的白色煙羽也隨之消失。

4.3 對機組經濟性及安全性的影響

(1)對于BMCR工況，根據文獻[3]的理論分析，將脫硫后凈煙氣溫度抬升了20℃，對單位體積的煙氣而言，其損失相當于排煙溫度升高了20℃，依據熱量平衡原理，將凈煙氣的量折算到空氣預熱器出口的量，相當于排煙溫度升高了22.4℃。這就是說，從二次熱風中抽走的那部分二次風所攜帶的熱量相當于每千克燃煤的煙氣量排煙溫度升高22.4℃所攜帶的熱量。扣除二次風量增加帶來的鍋爐排煙溫度下降值12.4℃，相當于鍋爐排煙溫度升高了10℃，根據該機組熱效率測試的經驗數據，使鍋爐熱效率降低了0.6%左右，以機組供電煤耗率296 g/(kW·h)計算，使機組供電煤耗率增加了約1.8 g。

(2)BMCR工況實際抽取的熱二次風量為251 t/h，這部分風量占整個送入爐膛二次風量的12.8%。因為送風機風量的增加，使兩臺送風機的總功率增加了353 kW，占送風機總功率的23.5%，影響了廠用電率上升0.06%左右。

(3)引風機及增壓風機的功率基本沒有變化。

(4)任何工況下，熱二次風聯通管的母管壓力只要高于0.35 kPa，就能夠保證足夠的熱二次風去脫硫凈煙道，抽取熱二次風的過程中對鍋爐燃燒調整無影響。

4.4 對環保及其他指標的影響

(1)吸收塔入口煙氣溫度降低了12.4℃，根據脫硫系統水平衡計算，溫度每降低5℃，吸收塔水耗能夠降低 2.62 kg/1000 Nm3干煙氣[4，5]，以四期單臺600 MW機組的煙氣量計算，每小時可以節約工藝水耗量13.1 t。

(2)抽取熱二次風后，凈煙氣氧量增加1.5%，對于煙囪排口處的SO2及NOx的折算值沒有影響。

(3)機組在脫硝改造過程中，將空預器換熱元件改為鍍搪瓷元件，因此排煙溫度的降低對于空預器的正常運行影響不大。

5 結論

(1)熱二次風加熱脫硫后凈煙氣在原理及實踐中均是可行的，當加熱凈煙氣溫度在72℃以上時，可以完全徹底的消除“石膏雨”現象。

(2)熱二次風加熱脫硫后凈煙氣，投資省，改造設備少，能充分利用原有設備的裕量，對鍋爐燃燒無影響。對于原煙囪已經采取防腐技術的電廠，還可以根據環境溫度投停熱二次風，運行方式靈活，運行費用也將大幅減少，因此，比較適合因“石膏雨”問題困擾而需要改造的機組。

[1]姚增權.濕煙氣的抬升與凝結[J].國際電力，2003，7(1):42-46.Yao Zengquan.The rise and condensation of a moist plume[J].International Electric Power For China，2003，7(1):42-46.

[2]倪迎春.電廠GGH積灰結垢的原因分析與處理措施[J].電力科學與工程，2010，26(8):61-64.Ni Yingchun.Reason analysis and handing measures of serious#3GGH fouling and scaling in ligang power plant[J].Electric Power Science and Engineering，2010，26(8):61-64.

[3]王春昌.摻二次熱風加熱脫硫出口凈煙氣技術的經濟性[J].中國電力，2012，45(1):37-40.Wang Chunchang.Economical efficiency of the technology using secondary hot air for heating cleaned outlet flue gas of the FGD[J].Electric Power，2012，45(1):37-40.

[4]朱文斌，王定.石灰石石膏濕法煙氣脫硫吸收塔出口煙氣溫度及蒸發水量的計算分析與修正[J].鍋爐技術，2007，38(4):68-71.Zhu Wenbin，Wang Ding，Calculation，analysis and modification regarding outlet flue gas temperature and vaporized water quantity of absorber for limestone-gypsum wet FGD[J].Boiler Technology，2007，38(4):68-71.

[5]陸相東，倪迎春.煙氣余熱回收裝置在2×350 MW相組中的應用[J].電力科學與工程，2011，27(10):74-78.Lu Xiangdong，Ni Yingchun.Discussion on application of flue gas waste heat recovery device in 2×350 MW units[J].Electric Power Science and Engineering，2011，27(10):74-78.