MGGH技術(shù)在1000MW機組中應用的技術(shù)、經(jīng)濟性分析

陳文理

(廣州發(fā)展南沙電力有限公司，廣州市 511457)

MGGH技術(shù)在1000MW機組中應用的技術(shù)、經(jīng)濟性分析

陳文理

(廣州發(fā)展南沙電力有限公司，廣州市 511457)

介紹中間熱媒體煙氣換熱器(media gas-gas heater，MGGH)技術(shù)發(fā)展和應用背景、工藝原理及國內(nèi)工程應用情況；以1 000 MW機組為例，通過MGGH 與傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器(return gas-gas heater，RGGH)的技術(shù)和經(jīng)濟性對比得出：采用MGGH技術(shù)可實現(xiàn)煙氣零泄漏、高效脫硫、余熱利用的目標，從而可提高機組循環(huán)熱效率，降低發(fā)供電煤耗，提高電廠經(jīng)濟效益和環(huán)保達標水平，采用MGGH技術(shù)將是燃煤電廠未來節(jié)能、降耗的發(fā)展方向。

1 000 MW機組; 節(jié)能; 環(huán)保; 中間熱媒體煙氣換熱器(MGGH)技術(shù); 余熱利用

0 引 言

隨著GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》的頒布實施，燃煤發(fā)電企業(yè)面臨的環(huán)保達標壓力空前增加，新的高效煙氣處理技術(shù)不斷發(fā)展、應用；另一方面，發(fā)電燃料價格居高不下等一系列因素，極大地壓縮了電廠的利潤空間，節(jié)能、降耗顯得越來越重要。在此種背景下，作為燃煤發(fā)電企業(yè)，采用何種煙氣處理工藝路線才能有助于上述問題的解決，得到廣泛的關注[1-2]。

目前，國內(nèi)外煙氣脫硫處理工藝中所采取的換熱器主要有回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器(return gas-gas heater，RGGH)、中間熱媒體煙氣換熱器(media gas-gas heater，MGGH) 2種形式[3]。國內(nèi)燃煤電廠脫硫換熱器基本上全部采用RGGH，這種換熱器本身的腐蝕、堵塞問題較為嚴重，運行成本高，系統(tǒng)的安全、可靠性低[4]。MGGH是一種基于熱媒體為載體的煙氣余熱利用氣氣換熱裝置，具有煙氣余熱回收和脫硫后冷煙氣再熱相互獨立完成的特點，可以去除絕大部分的SO3，解決濕法脫硫工藝中SO3腐蝕的難題，不存在冷熱煙氣短路造成SO2泄漏等問題，具有更加良好的環(huán)保、節(jié)能效果，符合國家建設綠色循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的要求。

本文基于1 000 MW機組，介紹MGGH技術(shù)的工藝原理及國內(nèi)工程應用情況，對比MGGH 與RGGH的技術(shù)、經(jīng)濟性，提出具有參考價值的結(jié)論。

1 MGGH技術(shù)的發(fā)展、應用背景

MGGH技術(shù)是從日本三菱公司的電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝的單一除塵、脫硫工藝路線演變而來的。在日本，所有的濕法煙氣脫硫工藝均設置煙氣加熱器，而日本三菱公司開發(fā)的濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝采用無泄漏MGGH，即原煙氣加熱熱媒水，然后用熱媒水加熱脫硫后的凈煙氣。早期的MGGH布置在除塵器后、當燃用高硫煤時，SO3引起的酸腐蝕問題比較嚴重。為適應不斷提高的環(huán)保排放控制標準，并解決SO3引起的酸腐蝕問題，日本三菱公司于1997年開始研究將MGGH移至空氣預熱器后、除塵器前的布置方案，并很快在一些大型燃煤電廠得到推廣應用。

2 MGGH技術(shù)的工藝原理

MGGH是一種利用高溫流體余熱加熱低溫流體的換熱設備，換熱器中的熱管一般由管殼和內(nèi)部工作液體(通常是水)組成[5-8]。通常降溫換熱器設置在鍋爐空氣預熱器后，升溫換熱器設置在脫硫吸收塔出口，先用原煙氣加熱工作液體，通過循環(huán)流動，工作液體再利用自身攜帶的熱量加熱脫硫塔出來的凈煙氣，使其溫度從50 ℃左右升到80 ℃以上。其原理及工藝流程示意如圖1所示。

圖1 MGGH技術(shù)工作原理

3 MGGH工藝應用情況

MGGH工藝在日本已具有多臺大機組的成功運行業(yè)績，如原町電廠(1臺1 000 MW機組)、常陸那珂電廠(1臺1 000 MW機組)、碧南電廠(2臺1 000 MW機組)、橘灣電廠(1臺1 000 MW機組)、三隅電廠(1臺1 000 MW機組)等都采用了此工藝。

在我國，廣東大埔電廠(2臺660 MW機組)采用了MGGH工藝，通過機組凝結(jié)水流通換熱方式完成煙氣余熱回收和脫硫后冷煙氣再熱功能。

4 MGGH工藝技術(shù)、經(jīng)濟性分析

某沿海電廠某臺1 000 MW機組工程同步建設煙氣濕法脫硫裝置和煙氣脫硝裝置，除塵采用布袋除塵器。基于該機組，對采用MGGH脫硫工藝與采用傳統(tǒng)RGGH脫硫工藝進行技術(shù)、經(jīng)濟性分析比較。

4.1 采用MGGH對引風機運行電耗的影響

將MGGH放熱段布置在除塵器前，經(jīng)過MGGH放熱段后，煙氣溫度降低，可以減少布袋除塵器超溫的風險，同時煙氣流量減少，引風機電耗也相應降低[9]。一般設置MGGH后，煙氣溫度可以降低45 ℃(約從135 ℃降到90 ℃)，煙氣流量降低8%，引風機電耗相應降低8%，汽輪機熱耗保證(turbine heat acceptance，THA)工況下每臺引風機電耗可以降低516 kW。

4.2 采用MGGH對設備腐蝕、磨損、積灰堵塞的影響

將MGGH放熱段布置在除塵器前，由于煙氣中存在大量的堿性粉塵，當煙氣溫度降到酸露點附近時，冷凝的硫酸(SO3)會被粉塵中大量的堿性物質(zhì)中和，然后被除塵器捕捉。實際運行時，換熱器受熱面、除塵器、煙道等的腐蝕現(xiàn)象并不嚴重[10]。從日本多個工程的設計和運行情況來看，即使MGGH放熱段采用碳鋼，2個大修期內(nèi)都未出現(xiàn)因腐蝕而使受熱面破損的情況。但由于煙氣中粉塵濃度很高，對受熱面的磨損不可避免，煤的灰分和飛灰磨損指數(shù)越高，磨損越嚴重。為保證換熱效果，煙氣經(jīng)過MGGH放熱段時流速不能太高，因此MGGH放熱段容易出現(xiàn)積灰、堵塞現(xiàn)象，影響換熱效果，嚴重時煙氣阻力急劇增加，影響機組運行的穩(wěn)定和安全性。布置在脫硫塔出口的MGGH加熱段，由于煙氣的溫度低于露點溫度，而且含有大量的水分，容易使設備腐蝕。因此，在選型設計時要綜合考慮設備腐蝕、磨損、積灰堵塞問題的解決措施。

4.3 采用MGGH后針對腐蝕、磨損、堵塞的防控措施

4.3.1 防止磨損措施

(1)針對煙塵濃度較高工況，在所有換熱管排迎風面的前端逐排布置專用防磨與導流穩(wěn)流裝置，在換熱管所有彎頭位置加設防磨瓦(合金材料)，進一步提高抗磨性能。

(2)采用CFD計算機氣流分布分析+物模試驗的方法，確保受熱面煙氣流場均勻，避免出現(xiàn)局部高風速、高濃度磨損區(qū)。

4.3.2 防止腐蝕措施

(1)控制換熱管的進水溫度達到水露點(約40 ℃，具體數(shù)據(jù)由計算確定 )+20 ℃以上，可有效避免換熱管發(fā)生低溫腐蝕。

(2)按照有限腐蝕法設計選型，合理選取腐蝕余量。所有換熱管管壁均按有限腐蝕法進行選型設計，滿足特殊設計壽命要求。

(3)針對不同區(qū)域、工況，進行換熱管選材。高溫區(qū)段換熱管可選擇中厚壁、20號鋼材；處于低溫區(qū)段的換熱管可選擇ND鋼( 09CrCuSb 鋼)等抗腐蝕能力強的材料，確保防腐要求。

4.3.3 防止積灰措施

(1)合理控制煙氣流速。

(2)結(jié)合對煙氣中飛灰粘污指數(shù)的分析，可采用不同間距、不同形式的換熱翅片。

(3)采用輔助清灰手段，如在低負荷煙氣流速較低以及停機檢修時，可利用輔助吹掃方法(壓縮氣體、聲波吹掃或蒸汽吹灰)清除換熱管上殘余積灰。根據(jù)需要，停機時可輔以水沖洗，實施徹底清掃。

4.4 MGGH工藝主要技術(shù)優(yōu)勢

(1)降低電耗，運行費用低。入口煙氣溫度由135 ℃左右降低到90 ℃左右后，煙氣流量降低8%，引風機電耗相應降低8%，THA工況下單臺引風機電耗可以降低516 kW。

(2)解決了濕法脫硫工藝中SO3腐蝕的難題。在除塵器入口煙氣溫度降低后，煙氣中的SO3可很好地與煙氣中的水分融合成煙酸(H2SO4)小液滴，經(jīng)高質(zhì)量濃度的粉塵顆粒包裹吸附后很容易被除塵器捕捉，從而解決下游設備的SO3腐蝕難題。

(3)實現(xiàn)氣氣換熱過程的煙氣零泄漏，提高脫硫效率。而RGGH工藝中的煙氣，由原煙氣側(cè)向凈煙氣側(cè)泄漏，會降低系統(tǒng)的脫硫效率。

(4)煙氣處理體積流量下降，降低除塵、風機設備初投資成本。

(5)采用機組主凝結(jié)水作為熱媒體，可有效利用回收的煙氣余熱，降低發(fā)電煤耗，提高機組熱經(jīng)濟性。

RGGH與MGGH技術(shù)對比如表1所示。

4.5 RGGH和MGGH工藝經(jīng)濟性比較

4.5.1 機組循環(huán)熱效率

采用MGGH工藝，可最大程度實現(xiàn)節(jié)能效益，換熱過程采用凝結(jié)水開式循環(huán)方式，換熱介質(zhì)擬采用7號低壓加熱器出口的凝結(jié)水，經(jīng)過換熱過程升溫后此凝結(jié)水再返回凝結(jié)水系統(tǒng)。同時，考慮在MGGH-A/H熱回收器及MGGH-R/H再熱器進出水端增設旁路，通過旁路切換，可實現(xiàn)低溫省煤器功能轉(zhuǎn)換。經(jīng)過換熱后的凝結(jié)水參數(shù)如表2所示[11]，MGGH系統(tǒng)流程如圖2所示。

表1 RGGH與MGGH方案技術(shù)對比

表2開式循環(huán)換熱介質(zhì)參數(shù)

Tab.2Heattransfermediumparametersinopencycle

從表2可看出，采用MGGH工藝，在滿負荷工況時，MGGH熱段煙氣從135 ℃降到90 ℃，冷段煙氣從50 ℃升到80 ℃。采用取全部冷卻水(2 100 t/h)進入MGGH系統(tǒng)的換熱工藝。由于換熱器換熱效率及沿程熱損失，熱段冷卻水由82.3 ℃吸收煙氣余熱后升至103 ℃，冷段冷卻水由102 ℃釋放余熱至煙氣中后降至85 ℃，經(jīng)換熱后冷卻水溫升余量為2.7 ℃，在滿足環(huán)保排放擴散的要求下，煙氣余熱得到有效利用[12]。凝結(jié)水溫度升高后，可適當減少5段抽汽量，汽輪機熱耗有所下降。經(jīng)過初步估算，與傳統(tǒng)RGGH工藝相比，采用MGGH工藝汽輪機熱耗可降低7 kJ/(kW·h)，折合發(fā)電煤耗下降了0.26 g/(kW·h)。按照機組滿負荷運行1 000 MW，年利用小時為5 500 h，燃煤價格為900元/t計，與傳統(tǒng)RGGH工藝相比，采用MGGH工藝可節(jié)省運行費用128.7萬元/年。

圖2 MGGH系統(tǒng)流程

4.5.2 運行電耗

由于引風機壓頭和流量變化，引風機軸功率也不同。設置RGGH和MGGH運行電耗比較見表3。

表3 設置RGGH和MGGH運行電耗比較

4.5.3 設備投資和運行維護費用

采用RGGH與MGGH的經(jīng)濟性比較主要體現(xiàn)在設備初投資、運行電耗以及煙氣余熱利用經(jīng)濟效益方面[13]，如表4所示。

表4 設置GGH和MGGH裝置綜合經(jīng)濟性對比

經(jīng)詢價，每臺1 000 MW機組RGGH的造價約為1 500萬元，MGGH的造價約為2 500萬元。根據(jù)RGGH與MGGH布置方案初步估算，采用RGGH后煙道鋼材耗量單臺機組需要增加約300 t，每t鋼材按8 270元算，即每臺機組約增加248萬元；采用MGGH后煙道鋼材耗量不需要增加。

采用MGGH后，除塵器入口煙溫降低40 ℃，煙氣量降低約8%，經(jīng)向廠家詢價，除塵器造價約減少300萬元，風機價格約減少20萬元。

從表4可知，與傳統(tǒng)濕法煙氣脫硫RGGH工藝相比，采用MGGH工藝可減少年運行、維護、折舊及貸款利息綜合費用約199.48萬元。如通過旁路切換，完全實現(xiàn)低溫省煤器功能，節(jié)能降耗效益將會更加明顯。

5 結(jié) 語

新型的MGGH低低溫煙氣處理工藝，與傳統(tǒng)的RGGH煙氣處理工藝相比，具有降低廠用電率，降低發(fā)供電煤耗，零煙氣泄漏，脫硫效率高，SO3脫除率高，運行可靠性高，煙氣回熱綜合利用率高等特點，環(huán)保、節(jié)能效果更好，符合國家建設綠色循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的要求。MGGH工藝在國外已有多臺大機組的應用業(yè)績，此技術(shù)的應用必將是國內(nèi)燃煤電廠未來節(jié)能降耗的發(fā)展方向，值得大力推廣應用。

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(編輯：楊大浩)

TechnicalandEconomicAnalysisofMGGHTechnologyApplicationin1000MWUnit

CHEN Wenli

(The Development of Guangzhou Nansha Power Co., Ltd., Guangzhou 511457, China)

This paper first introduced the development background, technical principle and engineering application in China of the MGGH (media gas-gas heater) technology. Then, taking a 1 000 MW unit as an example, through the technical and economic comparison with the traditional RGGH (return gas-gas heater) technology, it is concluded that the MGGH technology can achieve zero leakage of flue gas, efficient desulfurization and surplus heat utilization, so as to improve units’ cycle thermal efficiency, reduce coal consumption for power generation and supply, improve the economic efficiency and environmental protection level of power plant as well. Therefore, the application of MGGH technology will be the future development direction of energy saving and consumption reduction of coal-fired power plant.

1 000 MW unit; energy saving; environmental protection; MGGH; surplus heat utilization

TM 621

： A

： 1000-7229(2014)05-0103-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2014.05.018

2013- 11- 18

：2013- 12- 25

陳文理(1972),男，本科，工程師，從事電力基建技術(shù)管理工作,E-mail: cwlcwlcom@126.com。