濕煙羽治理在火電廠中的應用及性能評價

文_趙蒙 張燕飛 史西銀 李學軍 馬強 河北衡豐發電有限責任公司

1 工程應用概況

我廠煙羽治理采用“MGGH+漿液冷凝”技術路線，冷凝加熱設計溫度要求如下：在機組正常工況下，冷凝后煙氣的排煙溫度和含濕量應達到以下控制要求：非采暖季（4～10月）冷凝后煙氣溫度達到45℃以下，煙氣含濕量9.5%以下；采暖季（11月～至次年3月）冷凝后煙溫達到43℃以下，煙氣含濕量8.5%以下；在機組正常運行工況下，煙氣經加熱后排放煙溫必須持續穩定達到58℃以上。

我廠MGGH和漿液冷卻器布置方式為：煙氣冷卻器布置于干式除塵器4個水平煙道前，每個煙道布置1臺，1臺機組布置4臺；再熱器布置于濕除后煙囪前煙道，每臺機組布置1臺。脫硫漿液冷卻方案采用原有循環冷卻塔冷卻系統的循環水作為冷源冷卻脫硫塔循環漿液，將二級脫硫吸收塔頂層噴淋層做為低溫噴淋層，利用降溫后的循環漿液對飽和煙氣進行降溫除濕。換熱器循環水取廠區循環水母管，換熱升溫后送至循環冷卻塔系統，完成冷卻水循環。

2 與國內外同類研究、技術的綜合比較

我公司采用MGGH系統，實現了集原煙氣降溫、凈煙氣升溫、煙氣余熱替代蒸汽暖風、低溫省煤器于一體的綜合系統。各分系統均設有全流量旁路，可以靈活解列和投運，增強看系統的可實用性。冬季工況，煙氣余熱大部分熱量用于加熱送風，替代了暖風器原有用汽，多余熱量可用于加熱凝水；夏季工況，部分余熱用于加熱送風，保證空氣預熱器綜合冷端溫度，絕大多數余熱可用于加熱凝結水，排擠回熱系統抽汽，增加發電量，提升系統經濟性，此項工程設計屬于國內首例。

3 煙氣冷凝降溫、升溫主要技術參數

煙氣冷卻器布置于干式除塵器4個水平煙道前，每個煙道布置1臺，一臺機組布置4臺；再熱器布置于濕除后煙囪前煙道，每臺機組布置1臺。水側由7、8號低加引出經煙氣冷凝器、煙氣加熱器、暖風器后進入6號低加，除鹽水溫度由70℃升至90℃。煙氣測排煙溫度經煙氣冷凝器由169℃降為95℃，進煙囪煙溫經再熱器升至58℃，暖風器煙溫由由20℃提升至50℃。各加熱系統均設有旁路系統，各換熱單元均可單獨隔離至系統外。本工程降溫段管束最低壁溫控制在高于水酸露點25℃以上，以“有限腐蝕”作為設計原則，低溫省煤器換熱管材質全部采用ND鋼，煙氣再熱器換熱管材質為采用2205可有效避免露點腐蝕，整個系統阻力小于900Pa，設計使用壽命10a。

我廠脫硫運行方式為雙塔雙循環，脫硫漿液冷卻方案采用原有循環冷卻塔冷卻系統的循環水作為冷源冷卻脫硫塔循環漿液，將二級脫硫吸收塔頂層噴淋層做為低溫噴淋層，利用降溫后的循環漿液對飽和煙氣進行降溫除濕。換熱器循環水取廠區循環水母管，換熱升溫后送至循環冷卻塔系統，完成冷卻水循環。冷凝器布置在最高層漿液循環泵出口母管10m處，換熱板材質為2205，阻力小于10Pa，漿液溫度由50℃降至48℃。

4 實施應用分析

本工程MGGH中煙氣冷凝器換熱器管材采用防腐、防磨材料。換熱器采用金屬材質，換熱器管材和翅片全部采用能夠耐受低溫酸露腐蝕的ND鋼，換熱管壁厚度為4mm，翅片厚度為2mm，高溫段迎煙氣設置三排假管防止管道磨損。煙氣冷卻器殼體采用考登鋼材料，壁厚為6mm，并設置橫向及縱向支承桿，內撐桿的防磨角鋼采用16Mn。入口煙氣量按1088640Nm3/h設計，換熱面積余量不低于10%，電除塵器入口煙氣冷卻器阻力≤600pa。

煙氣再熱器管材采用金屬材質煙氣再熱器的換熱管及翅片，材質為2205不銹鋼。換熱管壁厚為4mm。煙氣再熱器殼體厚度為5mm。煙氣再熱器入口段和出口段煙道采用鋼板防腐處理，煙道厚度為6mm。所有新增煙道進行防腐處理，在煙氣再熱器殼體下部加裝排污水裝置以便于排出污水，排水裝置材料采用2205，煙氣再熱器阻力≤300Pa。

本工程煙冷器分為A、B側，每側煙道又分為兩路分別為A1、A2、B1、B2，系統投運后煙冷器和再熱器阻力隨著負荷的增大而增大，再熱器后的煙溫能穩定達到58℃。根據環境溫度的不同供暖季冷凝后的溫度控制在45℃以內，非供暖季控制在48℃以內，根據實際工況冷凝泵投自動調整水溫達到環保要求，冷凝后隨著溫度的增加，煙氣含濕量6.9%（對應溫度為41℃）逐漸增加至10.59%（對應溫度為48℃）。

該技術在我廠自投運以來煙氣冷凝器阻力、煙氣再熱器阻力、再熱器煙溫、煙氣濕度等技術參數控制均能達到設計要求，且效果良好。

5 節能分析

本工程采用MGGH方案，采用凝結水作為系統換熱媒介，既可以起到降低排煙溫度的冷源作用，又可以用于系統換熱的媒介。系統吸收尾部余熱，用于加熱送風，起到暖風器作用，可將空氣預熱器冷端綜合溫度提升至105℃，消除了硫酸氫氨在空氣預熱器冷端板結問題。空氣預熱器堵塞問題得以解決，大幅提升了機組運行經濟性和安全性，同時提高了機組的帶負荷能力。其次，在降低空氣預熱器阻力的同時，換熱器可將引風機入口煙溫降至95℃，大大降低了風機入口煙氣容積，引風機電耗得到明顯降低。再次，煙氣冷卻器布置在電除塵前端可以明顯降低煙氣中SO3的含量，降幅達60%左右。采用脫硫入口煙氣降溫+漿液冷卻的方式，在冬季工況下可以將脫硫出口煙氣溫度降至41～43℃，可以增加節水量和降低污染物排放量。采用余熱加熱空氣預熱器入口送風溫度，可以一定程度上提高入爐一次風溫和二次風溫，提高制粉系統干燥能力，增強爐內燃燒，提高鍋爐效率。系統采用凝結水作為冷源，煙氣余熱用于加熱凈煙氣和送風，替代了機組原有的輔汽用量，在滿足暖風器及煙氣再熱器余熱利用之余，其余熱量用于加熱凝結水，排擠回熱系統抽汽量，增加系統發電量，降低了機組發電煤耗。系統采用了全流量旁路設計，各換熱器均可以單獨解列或投運，可以實現環保指標和節能運行間的靈活切換、調整。

冬季工況時若不投入煙氣再熱器，2#機組主蒸汽流量在1000t/h（大負荷工況）左右，MGGH煙冷器及暖風器的應用使得機組熱耗74.345～85.385kJ/kWh，節約供電煤耗2.963～3.401g/kWh，加上因鍋爐效率提高而節約的供電煤耗，總計使機組供電煤耗降低3.123～3.511g/kWh。綜合本次改造廠用電率增加，輔機電耗增加供電煤耗約0.559g/kWh，再熱器增加供電煤耗0.731g/kWh。因此在冬季工況，機組主蒸汽流量在1000t/h（大負荷工況）左右時，本次消除煙羽工程使機組供電煤耗減少約1.833～2.221g/kWh，平均值為2.027g/kWh。按平均負荷每天240MW，標煤單價600元/t，120d計算，可節約標準煤1436t，產生經濟效益約86萬元。

夏季工況，機組主蒸汽流量為1046 t/h時，消煙羽工程使得機組能耗升高約0.997g/kWh，按照夏季負荷300MW，供電小時數3500h，標煤單價600元/t計算，增加標煤約837t，產生經濟損失約50萬元。

綜上所述采用本工程技術方案，一方面脫硫入口煙溫降低，導致蒸發水耗降低；另一方面，脫硫出口煙溫降低，回收煙氣的中氣態水。若按全年5100h計：其中滿負荷按3000h折算，50%負荷按2100h折算，年節水量為102000t；全年節水效益約為32.6萬元（單臺機組）。綜合全年的能耗水平來看，產生經濟效益約為68.6萬元。

6 社會效益和間接經濟效益

本工程實施后，機組在正常工況下，冷凝后煙氣的排煙溫度和含濕量達到工程設計要求，在非采暖季（4～10月）冷凝后煙氣溫度達到45℃以下，煙氣含濕量9.5%以下；采暖季（11月～至次年3月）冷凝后煙溫達到43℃以下，煙氣含濕量8.5%以下；煙氣經加熱后排放煙溫必須持續穩定達到58℃；煙氣冷卻器后煙氣溫度降至95℃以下，一、二次風加熱后溫升不低于30℃（環境溫度20℃時，暖風器后溫度不低于50℃），經深度處理后三氧化硫排放濃度可低于5mg/Nm3，較未進行改造機組降幅達60%以上。

同時工程改造后，對大氣排放的粉塵、SO2、SO3、Hg等污染物用的總排放量也有不同程度的減輕。排放溫度的升高可以進一步降低周邊污染物濃度，提高周邊環境質量。

7 推廣應用情況

該改造工程一方面改善了當地環境空氣質量，對提高人民群眾的生活質量水平、對促進社會安定團結、和諧發展有著重要的意義；另一方面改造工程呈現一定的節能效果，同時加強了機組運行的安全和經濟性。電力企業、鋼鐵產業、化工產業都可借鑒應用。