1 000 MW 燃煤電廠超低排放改造MGGH 性能試驗(yàn)分析

蘇朋 元宇鵬 李德波 陳拓

（1 廣東粵電大南海智慧能源有限公司 廣東揭陽(yáng) 515223 2 南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司 廣東廣州 510080）

0 引言

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)因具有可靠性高、脫硫效率高等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為火電廠常用的脫硫技術(shù)。在濕法脫硫工藝中，經(jīng)吸收塔洗滌后的煙氣溫度較低（45～55 ℃），水分基本處于飽和狀態(tài)，而未經(jīng)濕法煙氣脫硫裝置處理的煙氣溫度一般在120 ℃以上。排煙溫度的降低會(huì)造成煙氣抬升高度下降，出現(xiàn)煙囪冒白煙的現(xiàn)象，不利于煙氣擴(kuò)散。比較普遍的解決辦法是在脫硫裝置后設(shè)置煙氣換熱器（Gas Gas Heater，GGH），將煙氣加熱到80 ℃以上排放，以防止煙囪腐蝕。但傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器（GGH）由于本身結(jié)構(gòu)的原因不可避免會(huì)產(chǎn)生煙氣泄漏，導(dǎo)致SO2排放達(dá)不到環(huán)保要求值35 mg／m3。國(guó)內(nèi)研究者開(kāi)展了相關(guān)的研究，通過(guò)加裝熱媒水煙氣再熱換熱器（MGGH）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)消白煙。蔣建偉等［1］進(jìn)行了600 MW 機(jī)組MGGH 煙道振動(dòng)原因分析及對(duì)策的研究，通過(guò)對(duì)MGGH 進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)煙氣流過(guò)換熱面形成的卡門旋渦是煙道振動(dòng)的關(guān)鍵原因。伍豪等［2］進(jìn)行了600 MW 燃煤機(jī)組MGGH煙道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，采用ANSYS Fluent 對(duì)MGGH 系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過(guò)加裝導(dǎo)流板保證MGGH 入口速度均勻性。朱雪平等［3］進(jìn)行了MGGH 泄漏原因分析。彭鈺君等［4］進(jìn)行了600 MW 機(jī)組煙冷器堵灰原因分析。

2017 年某電廠3、4 號(hào)機(jī)組進(jìn)行了超低排放改造，加裝了煙氣換熱系統(tǒng)MGGH。本文針對(duì)改造后1 000 MW 機(jī)組開(kāi)展了MGGH 有關(guān)性能參數(shù)的測(cè)量研究，為準(zhǔn)確評(píng)估MGGH 系統(tǒng)性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 設(shè)備概況

該電廠4 號(hào)機(jī)組1 000 MW 超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，為滿足環(huán)保超低排放要求，對(duì)脫硫系統(tǒng)GGH 改造如下，系統(tǒng)見(jiàn)圖1所示。

圖1 MGGH 系統(tǒng)流程示意圖

4 號(hào)機(jī)組原回轉(zhuǎn)式GGH 改造為無(wú)煙氣泄漏的管式MGGH。MGGH 煙氣換熱器裝置系統(tǒng)共設(shè)有兩級(jí)MGGH 煙氣換熱器，空預(yù)器出口與電除塵入口之間設(shè)有第一級(jí)MGGH 煙氣換熱器，煙氣冷卻后進(jìn)入除塵脫硫系統(tǒng)，脫硫后的凈煙氣進(jìn)入第二級(jí)MGGH 煙氣換熱器升溫后排入煙囪。煙氣進(jìn)入第一級(jí)MGGH 煙氣換熱器后溫度降到85～90 ℃后進(jìn)入除塵系統(tǒng)，熱媒水吸熱后溫度升高到110 ℃進(jìn)入第二級(jí)MGGH 煙氣換熱器；脫硫出口凈煙氣進(jìn)入第二級(jí)MGGH 煙氣換熱器中與熱媒水進(jìn)行換熱，凈煙氣吸熱后溫度升高到80 ℃（任何工況下均不能＜80 ℃）后進(jìn)入煙囪排放，熱媒水放熱降溫后通過(guò)熱媒增壓泵增壓后再進(jìn)入第一級(jí)MGGH 煙氣換熱器，熱媒水形成閉式循環(huán)。在鍋爐低負(fù)荷時(shí)，采用蒸汽對(duì)熱媒水進(jìn)行加熱。圖2 為MGGH 二級(jí)換熱器設(shè)備圖。

圖2 二級(jí)換熱器設(shè)備圖

本工程改造后，在燃用鍋爐設(shè)計(jì)及校核煤質(zhì)范圍內(nèi)的燃煤時(shí)，性能保證如下：

（1）煙溫。各種工況下，一級(jí)MGGH 煙氣換熱器出口煙溫≤90 ℃，二級(jí)MGGH 煙氣換熱器出口煙氣溫度任何工況下≥80 ℃。

（2）煙氣側(cè)阻力。各種工況下，一、二級(jí)MGGH 煙氣換熱器煙氣側(cè)壓降≤1 000 Pa。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過(guò)對(duì)50%、75%和100%負(fù)荷下一、二級(jí)MGGH 系統(tǒng)進(jìn)出口靜壓和煙溫進(jìn)行測(cè)量，得到一、二級(jí)MGGH 系統(tǒng)煙氣阻力及進(jìn)出口煙氣溫度情況；對(duì)滿負(fù)荷運(yùn)行期間MGGH 系統(tǒng)電耗及穩(wěn)壓水箱水位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到系統(tǒng)電耗和水耗情況。

通過(guò)對(duì)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，驗(yàn)證MGGH 系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)性能指標(biāo)，以確定其是否滿足設(shè)計(jì)保證要求。

3 試驗(yàn)內(nèi)容及測(cè)試方法

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容及過(guò)程

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容包括：一、二級(jí)MGGH 系統(tǒng)進(jìn)、出口煙溫和靜壓。測(cè)試工況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)工況

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

依據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目，本次測(cè)試分2 部分進(jìn)行，首先對(duì)涉及的表盤參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，再進(jìn)行正式的性能試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，MGGH 性能試驗(yàn)的主要測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖3。

圖3 MGGH 性能試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)示意圖

3.3 試驗(yàn)方法

（1）一級(jí)MGGH 換熱器進(jìn)、出口煙氣靜壓、溫度：在一級(jí)MGGH 換熱器的進(jìn)口和出口采用網(wǎng)格法逐點(diǎn)測(cè)量靜壓、溫度。測(cè)量?jī)x器為靠背管、微壓計(jì)、E 型熱電偶。

（2）二級(jí)MGGH 換熱器進(jìn)、出口煙氣靜壓、溫度：在二級(jí)MGGH 換熱器的進(jìn)口和出口采用網(wǎng)格法逐點(diǎn)測(cè)量靜壓、溫度。測(cè)量?jī)x器為靠背管、微壓計(jì)、E 型熱電偶。根據(jù)測(cè)試結(jié)果得到MGGH 系統(tǒng)的煙氣阻力、進(jìn)出口煙氣溫度。

（3）水耗和電耗。統(tǒng)計(jì)穩(wěn)壓水箱液位變化，計(jì)算獲得MGGH 系統(tǒng)的水耗。記錄統(tǒng)計(jì)熱媒水泵的電流功率，計(jì)算獲得MGGH 系統(tǒng)的電耗。

3.4 試驗(yàn)采用的儀器

本試驗(yàn)所需的主要儀器設(shè)備如表2 所示。

表2 儀器清單列表

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 煙氣溫度

2018 年3 月20 日9∶00—11∶00，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在750 MW，對(duì)MGGH 系統(tǒng)各煙氣溫度進(jìn)行了全面測(cè)量，并與運(yùn)行數(shù)據(jù)比較。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3 所列。

表3 MGGH 煙氣系統(tǒng)溫度測(cè)量數(shù)據(jù) 單位：℃

從溫度測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，一級(jí)換熱器出口2、4、5 煙道出口測(cè)點(diǎn)表盤值偏低，差值分別為3.8、2.2、2.6 ℃，其余實(shí)測(cè)值與運(yùn)行畫(huà)面顯示值基本吻合，可以認(rèn)為運(yùn)行畫(huà)面顯示值基本反映了實(shí)際情況。

4.1.1 一級(jí)MGGH 換熱器煙溫

對(duì)1 000 MW 工況穩(wěn)定運(yùn)行期間的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到高負(fù)荷下MGGH 各煙氣溫度數(shù)據(jù)，如表4 所列，MGGH 的蒸汽加熱均未投入?？梢?jiàn)二級(jí)MGGH 入口煙溫與設(shè)計(jì)值有所偏差，需要進(jìn)行修正。另外，為了保證電除塵輸灰順暢，一級(jí)MGGH 出口煙溫控制＞90 ℃，試驗(yàn)期間一級(jí)MGGH 旁路門有8.9%的開(kāi)度，進(jìn)入一級(jí)MGGH 換熱器的熱媒水流量減少，也需要進(jìn)行修正。

表4 1 000 MW 負(fù)荷下MGGH 各煙氣溫度 單位：℃

圖4 為綜合考慮了運(yùn)行數(shù)據(jù)偏差和旁路門開(kāi)度的修正曲線。可知，當(dāng)二級(jí)MGGH 進(jìn)口煙溫為48.5 ℃，一級(jí)MGGH 旁路調(diào)門開(kāi)度8.9%時(shí)，一級(jí)MGGH 出口煙溫約為92.7 ℃（根據(jù)性能曲線修正后），此時(shí)一級(jí)MGGH 的降溫幅度為37.6 ℃，而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，一級(jí)MGGH 的進(jìn)口煙溫為130.3 ℃時(shí)，一級(jí)MGGH 的出口煙溫為92.5 ℃，實(shí)際降溫幅度為37.8 ℃，略高于設(shè)計(jì)值。

圖4 MGGH 煙溫修正曲線

因此根據(jù)上述分析，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程一級(jí)MGGH 換熱器的實(shí)際降溫幅度高于設(shè)計(jì)值，若修正至設(shè)計(jì)狀態(tài)，一級(jí)MGGH 換熱器出口煙溫＜90 ℃，約為89.8 ℃，滿足設(shè)計(jì)保證≤90 ℃的要求。修正至設(shè)計(jì)狀態(tài)后，一級(jí)MGGH 換熱器的換熱能力合格。

4.1.2 二級(jí)MGGH 換熱器煙溫

從表4 可知，滿負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)，二級(jí)MGGH 換熱器入口48.5 ℃，出口為81.5 ℃。由前述分析可知，由于一級(jí)MGGH 旁路調(diào)門打開(kāi)，水側(cè)在一級(jí)MGGH 換熱器的吸熱量下降，使得二級(jí)MGGH 換熱器的供熱量下降。在這一運(yùn)行條件下，二級(jí)MGGH 換熱器出口煙溫仍能達(dá)到81.5 ℃，高于設(shè)計(jì)保證值80 ℃。

對(duì)試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行期間的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到中低負(fù)荷MGGH 各煙氣溫度，見(jiàn)表5。

表5 中低負(fù)荷下MGGH 各煙氣溫度 單位：℃

可見(jiàn)在500 MW 負(fù)荷時(shí)加熱蒸汽未投運(yùn)的情況下，二級(jí)MGGH 換熱器出口煙溫達(dá)87.1 ℃，＞80 ℃。從表5 中還可得到二級(jí)MGGH 換熱器出口煙溫在750 MW 負(fù)荷工況不投輔助加熱時(shí)均不低于80 ℃。綜合實(shí)際運(yùn)行效果，可得在500～1 000 MW負(fù)荷下，二級(jí)MGGH 換熱器出口煙溫在不投輔助加熱時(shí)全部不低于80 ℃，滿足并超過(guò)了設(shè)計(jì)要求。從電廠4 號(hào)MGGH 投運(yùn)后近3 個(gè)月的實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，MGGH 系統(tǒng)的煙氣加熱效果已達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，其性能是優(yōu)良的。

4.2 MGGH 壓力損失

4.2.1 1 000 MW 負(fù)荷阻力試驗(yàn)

2018 年3 月22 日下午，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定1 000 MW，對(duì)整個(gè)MGGH 系統(tǒng)阻力進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6 所列。

表6 MGGH 系統(tǒng)煙氣阻力測(cè)量數(shù)據(jù) 單位：Pa

由于1 號(hào)和6 號(hào)煙道出口測(cè)孔在電除塵入口，與換熱器本體之間的煙道有2 個(gè)90°彎角，設(shè)計(jì)阻力為50 Pa，減去這一部分阻力后，1 號(hào)和6 號(hào)煙道的阻力為875/825 Pa。因此，6 條煙道的平均阻力為754 Pa。MGGH 二級(jí)換熱器1/2 的平均壓差分別為492/485 Pa，平均為489 Pa。

試驗(yàn)時(shí)實(shí)測(cè)煙氣量為3 094 427 Nm3/h（數(shù)據(jù)引自引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)），高于設(shè)計(jì)值2 807 082 Nm3/h，煙氣量變化對(duì)阻力有較大的影響，因此需要進(jìn)行修正。MGGH 系統(tǒng)阻力修正曲線見(jiàn)圖5。由圖5 曲線可知，實(shí)測(cè)煙氣量與設(shè)計(jì)煙氣量比值為3094427/2807082≈1.102，對(duì)應(yīng)阻力比值約為1.20。修正后，一級(jí)換熱器阻力為：754/1.2≈628 Pa；二級(jí)換熱器阻力為489/1.2≈407 Pa。

圖5 MGGH 系統(tǒng)阻力修正曲線

考慮到實(shí)際測(cè)量位置包含了MGGH 換熱器進(jìn)出口的縮/擴(kuò)煙道，與本體阻力有一定偏差，縮/擴(kuò)煙道阻力設(shè)計(jì)值為50 Pa，則MGGH 一級(jí)和二級(jí)換熱器本體平均總阻力為：628+407-50=985 Pa。MGGH 的本體阻力滿足≤1 000 Pa 的要求。

4.2.2 中低負(fù)荷MGGH 阻力

在750 MW 下，MGGH 一級(jí)換熱器未修正平均阻力為507 Pa；MGGH 二級(jí)換熱器平均為352 Pa。

在500 MW 下，MGGH 一級(jí)換熱器未修正平均阻力為332 Pa；MGGH 二級(jí)換熱器平均為241 Pa。

4.3 MGGH 的電耗水耗

滿負(fù)荷運(yùn)行期間對(duì)MGGH 系統(tǒng)進(jìn)行電耗統(tǒng)計(jì)，MGGH 系統(tǒng)的電耗主要為熱媒水泵的電耗，試驗(yàn)期間熱媒水泵以40 Hz頻率運(yùn)行，電耗平均值為141.53 kW。

試驗(yàn)期間，對(duì)MGGH 系統(tǒng)穩(wěn)壓水箱水位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，MGGH系統(tǒng)每天進(jìn)行1 次補(bǔ)水，根據(jù)水位變化數(shù)據(jù)每次補(bǔ)水約300 mm。穩(wěn)壓水箱直徑為2.4 m，則MGGH 系統(tǒng)水耗約為1.36 m3/d。

5 結(jié)論

本次性能試驗(yàn)的結(jié)果列于表7 中，可見(jiàn)目前MGGH 系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)主要性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)保證要求。

表7 MGGH 系統(tǒng)性能試驗(yàn)的結(jié)果