熱電廠煙氣脫硝煙氣冷卻器改造工程方案

◎　魯沛沛

熱電廠煙氣脫硝煙氣冷卻器改造工程方案

◎魯沛沛

根據(jù)國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的“發(fā)改能源[2014]2093號(hào)關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》的通知”明確提出要求“東部地區(qū)（遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市）穩(wěn)步推進(jìn)現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組和有條件的30萬千瓦以下公用燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造。 (即NOx排放濃度小于50mg/m3，SO2排放濃度小于35mg/m3，粉塵排放濃度小于10mg/m3)。由此可見，鶴煤熱電廠原有脫硝、除塵、脫硫等不能滿足系統(tǒng)要求，需要進(jìn)行改造。

鶴壁煤電股份有限公司熱電廠（以下簡(jiǎn)稱“鶴煤熱電廠”）2×135MW機(jī)組為東方鍋爐廠制造的型號(hào)為DG-445/13.7-∏1的超高壓、中間一次再熱、自然循環(huán)、單爐膛、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣燃煤汽包爐，鍋爐采用全鋼構(gòu)架、∏形懸吊結(jié)構(gòu)，露天布置。鍋爐同步配套建設(shè)2套半干法脫硫與電袋結(jié)合除塵的NID一體化技術(shù)，既靜電除塵器作為一級(jí)預(yù)除塵，布袋除塵器作為二級(jí)終端除塵，在一、二級(jí)除塵系統(tǒng)中設(shè)置循環(huán)流化床法半干法脫硫。由武漢凱迪公司承建。按照燃煤中含硫0.33%，SO2出口濃度≤109mg/Nm3，布袋除塵器出口粉塵濃度≤50mg/Nm3進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。脫硝系統(tǒng)已進(jìn)行改造，保證NOx排放濃度小于50mg/m3。即NOx排放濃度小于50mg/m3，SO2排放濃度小于35mg/m3，粉塵排放濃度小于10mg/m3。原有除塵、脫硫等不能滿足系統(tǒng)要求，需要進(jìn)行改造。

鶴煤熱電廠2×135MW機(jī)組鍋爐系東方鍋爐廠制造的超高壓參數(shù)、一次中間再熱II型布置、單爐膛、切圓燃燒、固態(tài)排渣、雙排鋼構(gòu)架、懸吊結(jié)構(gòu)、管式空氣預(yù)熱器、露天布置、自然循環(huán)燃煤汽包爐，采用平衡通風(fēng)、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式。

鍋爐爐膛為光管加焊扁鋼組成的膜式水冷壁，爐膛斷面尺寸為9.584m×8.864m。前后墻水冷壁下部形成傾角為55°的冷灰斗，冷灰斗下部布置刮板撈渣機(jī)，后墻水冷壁上部向爐內(nèi)突出2.5m形成折焰角。爐膛頂部、尾部豎井包墻及水平煙道包墻均為膜式壁包墻過熱器。全大屏過熱器布置在爐膛上部，屏式過熱布置在爐膛出口窗處，在折焰角上部布置一級(jí)（高溫）過熱器。爐膛與尾部豎井煙道間有3.7m長(zhǎng)的水平煙道，在水平煙道內(nèi)布置熱段再熱器。

尾部豎井由中隔墻過熱器分為前煙道和后煙道。在前煙道內(nèi)布置上級(jí)省煤器，后煙道內(nèi)布置冷段再熱器，下級(jí)省煤器布置在兩級(jí)空氣預(yù)熱器之間，空氣預(yù)熱器采用管式，由上、下兩級(jí)組成。改造方案如下：

進(jìn)出口水溫的選擇。本項(xiàng)目煙氣冷卻器進(jìn)出口水溫的選擇主要考慮以下幾個(gè)方面的因素。

THA工況7號(hào)低加入口水溫為36.4℃，水溫太低，極易發(fā)生低溫腐蝕；6號(hào)低加入口水溫為52.5℃，水溫太低，極易發(fā)生低溫腐蝕；6號(hào)低加出口水溫為83.1℃，水溫太高，作為回水點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性較差。因此建議將7號(hào)低加入口與6號(hào)低加出口水混合至70℃作為取水點(diǎn)。

THA工況除氧器入口水溫為142.7℃，水溫太高，作為回水點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性較差；4號(hào)低加入口水溫為121.4℃，水溫太高，作為回水點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性較差；建議將回水點(diǎn)位置布置在5號(hào)低加入口83.1℃，此時(shí)煙氣冷卻器系統(tǒng)與回?zé)嵯到y(tǒng)串聯(lián)，

其自身的阻力可以凝泵壓頭來克服。

鶴煤熱電廠冬季供暖抽汽為中排抽汽，因此本項(xiàng)目冬季采用煙氣冷卻器加熱供暖水的方案，排擠中排抽汽，節(jié)約發(fā)電煤耗。

因此方案一煙氣冷卻器系統(tǒng)如圖1所示。

綜上所述，煙氣冷卻器取水點(diǎn)、回水點(diǎn)方案為非供暖期7號(hào)低加入口與6號(hào)低加出口水混合至70℃作為取水點(diǎn)，5號(hào)低加入口回水，供暖期通過管殼式換熱器來加熱供暖回水。

設(shè)計(jì)中進(jìn)口水溫在酸露點(diǎn)以下，易引起低溫腐蝕，且為了保證所有工況下系統(tǒng)的可靠性，受熱面低溫段18排采用ND鋼材質(zhì)制作，高溫段18排采用20G材質(zhì)制作。當(dāng)入口水溫較低時(shí)，需要增設(shè)熱水再循環(huán)系統(tǒng)，將出口熱水與進(jìn)口冷水混合，使實(shí)際進(jìn)口水溫達(dá)到70℃，避免低溫腐蝕，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

非供暖期運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉管殼式換熱器出入口閥門，煙氣冷卻器用于加熱凝結(jié)水；供暖期運(yùn)行時(shí)，打開管殼式換熱器出入口閥門，關(guān)閉取水點(diǎn)閥門，煙氣冷卻器用來加熱供暖回水，同時(shí)打開5號(hào)低加入口閥門，起到補(bǔ)水和穩(wěn)壓的作用。

但該方案在具有上述優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生積灰磨損問題。除塵器前煙塵濃度較高，且排煙溫度較低，易產(chǎn)生受熱面的積灰和磨損。因此防磨和防積灰對(duì)該方案來說尤為重要。

受熱面整體布置于除塵器與引風(fēng)機(jī)之間，將排煙溫度降至酸露點(diǎn)以上。由于此時(shí)煙氣中的粉塵含量極低，SO3結(jié)露形成的H2SO4霧滴無法全被飛灰吸收，因此煙氣溫度無法降低至酸露點(diǎn)以下，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)受到較大的影響。但煙塵含量低，可以減緩積灰磨損；能夠降低風(fēng)機(jī)的電耗，抵消一部分受熱面阻力，引風(fēng)機(jī)裕度足可以克服受熱面阻力，不需要增設(shè)風(fēng)機(jī)；系統(tǒng)簡(jiǎn)單，改造費(fèi)用適中。但據(jù)調(diào)研，鍋爐的排煙溫度和入爐煤質(zhì)處于變化之中，當(dāng)煙溫過低、入爐煤含硫量高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的腐蝕問題。

將受熱面布置于引風(fēng)機(jī)與脫硫塔之間，該系統(tǒng)不必考慮風(fēng)機(jī)的低溫腐蝕，可以將排煙溫度降到更低的適合于脫硫的85～90℃，且煙氣在經(jīng)過引風(fēng)機(jī)時(shí)會(huì)有5℃左右的溫升，因此該方案能夠更多的提高機(jī)組效率以及節(jié)省脫硫耗水，但是煙氣溫度降太低，煙氣與管內(nèi)工質(zhì)溫差小，受熱面太大，且布置在除塵器后面無法提高除塵效率。

由上節(jié)分析可知，煙氣冷卻器系統(tǒng)方案為：煙氣冷卻器串聯(lián)入原回?zé)嵯到y(tǒng)，受熱面安裝于電除塵器入口的兩個(gè)水平煙道內(nèi)，煙氣溫度降至95℃。7號(hào)低加入口與6號(hào)低加出口水混合至70℃作為取水點(diǎn)，5號(hào)低加入口回水，供暖期煙氣冷卻器通過管殼式換熱器來加熱供暖回水。

通過合理的布置煙道尺寸和受熱面結(jié)構(gòu)，使得即使增加了換熱設(shè)備，煙氣流速也不致過高，防止阻力過大；設(shè)置吹灰器日常吹灰，防止積灰；在受熱面前加裝兩排假管、增加受熱面的管壁厚度，以減緩磨損；煙氣冷卻器入口設(shè)置導(dǎo)流板，使煙氣能夠均勻沖刷換熱面，增強(qiáng)換熱效率；受熱面前后布置濕度泄漏檢測(cè)裝置，嚴(yán)密監(jiān)控受熱面的泄漏，一旦發(fā)現(xiàn)，馬上堵漏或者隔離該組受熱面。

煙氣冷卻器內(nèi)凝結(jié)水與煙氣換熱呈逆流布置，一方面可大大提高煙氣冷卻器的傳熱系數(shù)，解決布置危機(jī)；另一方面，可使排煙溫度的降低不受介質(zhì)出口水溫的限制，最大限度地降低排煙溫度。受熱面采用順列H型翅片管逆流布置。

受熱面采用了分組布置的方式，每個(gè)受熱面布置若干個(gè)換熱管箱，每組管箱的進(jìn)出口安裝手動(dòng)閥門，可實(shí)現(xiàn)單組管箱的切除與投運(yùn)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

煙氣冷卻器的進(jìn)水量由電動(dòng)閥門配合出口煙氣溫度來調(diào)節(jié)。

受熱面壁溫的檢測(cè)對(duì)本系統(tǒng)來說至關(guān)重要，但壁溫檢測(cè)難度較大，且準(zhǔn)確性較差，因此用檢測(cè)受熱面內(nèi)水溫來代替壁溫檢測(cè)。受熱面入口水溫控制在70℃以上。若入口水溫?zé)o法滿足要求，則通過電動(dòng)閥，調(diào)節(jié)熱水再循環(huán)的水流量來提高入口水溫。

煙氣改造工程的布置主要包括煙氣冷卻器、煙氣再熱器和凝結(jié)水循環(huán)系統(tǒng)。改造工程的總體布置應(yīng)符合廠區(qū)的總體規(guī)劃和要求，做到工藝流程順暢，物流方便，力求降低對(duì)主機(jī)的影響，因地制宜，充分利用地形條件，并滿足《火力發(fā)電廠總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5032-2007）等規(guī)范及勞動(dòng)安全和工業(yè)衛(wèi)生防范的有關(guān)要求。

根據(jù)上述分析，鶴煤熱電廠2×135MW機(jī)組進(jìn)行煙氣脫硫改造后，能有效地控制全廠煙氣中SO2達(dá)標(biāo)排放和滿足SO2的排放總量要求。在工藝設(shè)計(jì)過程中，考慮有效的環(huán)保控制措施，不會(huì)造成二次污染。

除塵改造工程實(shí)施后，年煙塵排放量約為27.6噸/年（凈煙氣煙塵排放按5mg/ m3計(jì)），相對(duì)于改造前可實(shí)現(xiàn)多減排煙塵約248.4噸/年（凈煙氣煙塵排放從50mg/ m3降低至5mg/m3計(jì)），環(huán)境與社會(huì)效益顯著。

（作者單位：鶴壁煤電股份有限公司熱電廠）