氟塑料管式MGGH 系統在濕煙羽治理過程中的應用

王金剛

北京新世翼節能環保科技股份有限公司 北京 100070

0 緒論

眾所周知工業企業廢氣不能直接排放到大氣中,為有效去除鍋爐排放煙氣中的硫氧化物,需加裝脫硫設備。據統計國內機組絕大多數企業選用的濕法脫硫工藝,此工藝處理后的煙氣溫度普遍在45～60℃之間,煙氣處于半飽和或者飽和態。

飽和態煙氣與空氣混合后溫度降低,會有大量冷凝水析出,析出的液滴對周邊環境產生不利影響,因此企業多會選擇加裝換熱器提升煙氣溫度以提高煙氣擴散范圍,早期項目通常做法是加裝金屬材質GGH,利用脫硫前的高溫煙氣加熱脫硫后的低溫煙氣。常規煙氣GGH 金屬傳熱元件在運行過程中經常堵塞、腐蝕沖刷現象[2],降低了脫硫系統的運行可靠性,而且幾乎每年都要更換傳熱元件,檢修維護費用很高。通GGH 的設計泄漏率約增加1%,會造成脫硫效率下降約1%。因此在設置常規的GGH 裝置后,難以實現較高的小于35mg/Nm3的SO2排放目標。

由于以上問題的存在,國內外有已有眾多電廠拆除GGH 換熱器[3],或者采用氟塑料換熱器替代原回轉式GGH,本文結合國內某電廠600 MW 燃煤機組脫硫提效改造過程,詳解氟塑料MGGH：水媒式煙氣換熱器系統。

1 有色煙羽形成機制

“有色煙羽”主要指工業企業廢氣治理設施采用濕法脫硫(常見有石灰石/石灰-石膏法、氨法、鎂法、雙堿法)、脫硝等凈化工藝時,脫硫塔出口的濕煙氣經過煙囪排放到大氣中,因環境溫度較低,煙氣溫度較高,煙氣預冷會迅速冷卻,煙氣中的水分發生氣液轉變形成霧滴,液態水滴因陽光散射、觀察角度等因素會產生顏色改變,這一現象成為“有色煙羽”,具體可呈現藍、灰、白等顏色。

根據空氣的物理特性,一定量的空氣在相同溫度、壓力下容納水蒸氣的能力是定值即飽和比濕。圖1中的曲線BDC即是不同溫度下的飽和比濕連線。當外部環境所容納的水蒸氣超過該溫度下的極限時,多余的水蒸氣就會在環境大氣中析出,凝結成液態小水滴,形成肉眼看到的“白煙”(處于圖1中的飽和比濕線左側的區域)。

圖1 原煙氣降溫特性曲線

如圖1所示。假定脫硫塔出口的煙氣狀態位于A 點(臨近飽和態),此時對應的環境溫度的狀態點位于O 點。如果煙氣不經過處理直接排放,煙氣會沿著AB曲線降溫,達到B 點后煙氣狀態處于飽和態,此后濕煙氣與環境大氣的混合降溫,由于煙氣處于飽和態溫度降低就意味著有水滴析出,形成所謂的煙囪“白煙”。對于采用石灰石-石膏法脫硫的項目,冷凝水中夾帶著部分石膏顆粒,石膏會隨著液滴飄落到地面上,形成白色斑點狀的“石膏雨”,不僅僅會造成視覺污染,也會對周圍環境產生破壞。

2 有色煙羽治理工藝

根據有色煙羽生成機制,如要實現煙羽治理,需要保證排放后煙氣與大氣混合后不發生氣態向液態的相變,通常我們選擇煙氣加熱工藝來實現這一目的。

煙氣加熱技術是通過引入熱介質,加熱脫硫塔出口的飽和煙氣,煙溫升高后由于總的含水量沒有增加,煙氣可以由飽和態向不飽和態轉變,如圖2煙氣狀態由A點加熱后變到B點,此狀態的煙氣排放到大氣中,煙氣按照BO線變化,降溫曲線始終處在不飽和區,從而規避了有色煙羽的產生。

圖2 加熱后煙氣降溫特性曲線

3 MGGH 工藝系統設計

3.1 工藝流程 本文結合國內某電廠600 MW 燃煤機組脫硫提效改造過程為例,該項目一期安裝了兩臺600 MW 抽汽凝汽機組,兩臺機組均采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝。煙氣換熱金屬GGH 換熱器,系統投運后換熱器腐蝕泄露明顯,每年均需投入大量資金維護換熱器以保證系統正常運轉。

具體布置方式為脫硫塔入口水平煙道上設置1套煙氣冷卻器,將煙氣由133℃冷卻至98℃,煙氣放出的熱量用于加熱循環熱媒水,熱媒水進入到脫硫塔后的煙氣再熱器,煙氣溫度由50℃升到80℃后排放大氣中,高溫熱媒水放熱降溫后由循環泵驅動回至煙氣冷卻器進行下一個換熱過程。加熱后的80℃煙氣相對加熱前的50℃煙氣,煙氣含水量沒有變化,煙氣溫度升高后攜帶水能力增強,故煙氣狀態由飽和態向不飽和態轉變。

經過升溫煙氣的排放后不發生氣液相變,從原理上可以消除有色煙羽、石膏雨現象。

3.2 工藝系統流程簡圖

3.3 工藝設計參數

3.3.1 煙氣冷卻器參數 該煙氣量約2229894 Nm3/h(干標態),煙氣入口煙溫133℃,煙氣出口煙溫98℃,換熱量123GJ/h。換熱器入口水溫75℃,出口水溫106℃,水量1000噸/h。核算換熱面積26000 m2,需要10個換熱器模塊。煙氣側阻力約650Pa,水側阻力約110 KPa。

3.3.2 煙氣加熱器參數 煙氣量約2161842Nm3/h(干標態),煙氣入口煙溫50℃,煙氣出口煙溫80℃,換熱量123GJ/h。換熱器入口水溫105℃,出口水溫76℃,水量1000噸/h。核算換熱面積26000 m2,需要10個換熱器模塊。煙氣側阻力約450Pa,水側阻力約110KPa。

3.4 實際運行結果 經過第三方權威機構測試,MGGH 系統各項運行參數優于設計參數,系統阻力500Pa,遠低于設計保證值。滿負荷工況下煙氣加熱器進口溫度51℃,出口溫度84.4℃,消除了“有色煙羽、石膏雨”現象。

4 氟塑料管熱管壁厚選取原則

同一種材質的換熱管,為了保證強度,管徑越大所需要的壁厚也應該越大,否則換熱管存在爆管風險。通常可以用環向應力值來評估管道是否安全。

環向應力計算公式：

按照《GB/T 6111-2003流體輸送用熱塑料管材耐壓試驗方法》中給出的公式校核出來的環向應力值(S運行*2＜＝4.5 MPa),以此計算安全的管道規格為8x0.8 mm、10x1 mm,即管道外徑不大于10倍的管道壁厚。

5 總結

MGGH 系統安裝完畢經調試試運行后,各項技術參數均滿足設計需求;煙氣再熱器的出口煙氣溫度大于80℃;冷卻器和再熱器的阻力小于500Pa;MGGH 系統投入運行,減緩了煙囪的腐蝕,提高了煙溫排放,徹底解決了“有色煙羽、石膏雨”現象,更好的改善了周邊的環境。