熱二次風(fēng)加熱脫硫后凈煙氣在600 MW機(jī)組中的應(yīng)用

倪迎春，張東平

(1.江蘇利港電力有限公司，江蘇 江陰 214444;2.南京工程學(xué)院環(huán)境工程系，江蘇 南京 211167)

0 引言

江蘇利港電廠四期2×600 MW機(jī)組為超臨界燃煤機(jī)組，脫硫裝置一爐一塔，采用石灰石石膏濕法。廠區(qū)北臨長江，南側(cè)為居民區(qū)，自從脫硫裝置投運(yùn)以來，每年冬天環(huán)境溫度低，風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)時(shí)，濕煙囪內(nèi)煙氣在居民周圍凝結(jié)降落，俗稱“石膏雨”，給居民及廠區(qū)的環(huán)境帶來很大的影響，通過對(duì)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)關(guān)鍵設(shè)備除霧器進(jìn)行了相關(guān)改造，“石膏雨”現(xiàn)象有所緩解，但在天氣寒冷時(shí)仍無法徹底解決，經(jīng)過多方論證后決定尋求加熱凈煙氣的方法來解決，加熱方式在傳統(tǒng)的GGH還是其他方法間進(jìn)行了比較，最終確定了抽取鍋爐熱二次風(fēng)的方法，改造工程完工后，在2012年9月投入運(yùn)行后，徹底解決了“石膏雨”問題，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 技術(shù)改造提出的原因

江蘇利港電廠共有8臺(tái)機(jī)組，分四期建設(shè)，脫硫裝置全部采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，而且一、三、四期均不設(shè)GGH，采用濕煙囪排放脫硫后凈煙氣，煙囪內(nèi)壁采用了賓高得防腐技術(shù)，從吸收塔出口的煙氣溫度比較低，全年一般在45～55℃之間，而且含有大量水蒸氣，處于飽和狀態(tài)，排放此濕煙氣，在環(huán)境上帶來以下幾個(gè)問題[1]:(1)濕煙氣的溫度比較低，抬升高度較小，雖然經(jīng)過脫硫工藝后，二氧化硫濃度大幅減少，但還是會(huì)含有一定量的二氧化硫、三氧化硫等酸性氣體，抬升高度的降低，會(huì)造成區(qū)域地面污染物濃度相對(duì)較高;(2)凝結(jié)水和攜帶水可能造成煙囪下風(fēng)向的降水，此降水與大氣的相對(duì)濕度，煙氣與環(huán)境之間的初始溫度差等有關(guān)，一旦條件滿足后降落，因煙氣中攜帶的粉塵以及石膏漿液積聚在液滴中落到地面形成“石膏雨”，對(duì)環(huán)境造成污染，腐蝕鍋爐鋼架及設(shè)備與保溫，也對(duì)周圍的居民生活造成影響，居民的汽車玻璃、菜葉上面常會(huì)出現(xiàn)白色的斑點(diǎn)。因此，電廠決定通過技術(shù)改造來消除“石膏雨”現(xiàn)象，避免發(fā)生脫硫裝置運(yùn)行后帶來的二次環(huán)境污染問題，要想完全徹底消除“石膏雨”現(xiàn)象，唯一的辦法是對(duì)凈煙氣進(jìn)行加熱，因此電廠利用四期的2臺(tái)600 MW機(jī)組大修的機(jī)會(huì)首先進(jìn)行技術(shù)改造。

2 加熱凈煙氣方案的確定

江蘇利港電廠二期機(jī)組使用了GGH，在冬季寒冷季節(jié)凈煙氣溫度一般在75℃左右，實(shí)際運(yùn)行中觀察未產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象，因此加熱凈煙氣首先想到了GGH，但現(xiàn)實(shí)問題是四期機(jī)組現(xiàn)有的脫硫場地很難再布置下GGH，一定要布置的話要將原有煙道全部拆除。另外增加GGH后新增系統(tǒng)阻力在1 300 Pa左右，原有的2臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)需要更換，據(jù)初步估算，兩臺(tái)機(jī)組總投資高達(dá)8 000萬元以上，整個(gè)施工周期較長。增加GGH后技術(shù)上還有一個(gè)換熱元件積灰堵塞的問題難以避免，運(yùn)行中如果對(duì)煙氣中粉塵、除霧器沖洗等參數(shù)控制不當(dāng)，換熱元件堵塞會(huì)很快，利港3號(hào)GGH曾經(jīng)發(fā)生堵塞嚴(yán)重導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)壓頭無法滿足機(jī)組帶滿負(fù)荷的情況，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[2]。在目前脫硫裝置煙氣旁路擋板均已拆除的情況下，如發(fā)生類似情況，只能停機(jī)處理，大大降低了機(jī)組的可靠性。綜上所述，只能舍棄增加GGH的方案。

對(duì)比四期機(jī)組送風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行測試數(shù)據(jù)與性能保證值，發(fā)現(xiàn)送風(fēng)機(jī)風(fēng)量及風(fēng)壓裕量均較大，具有抽取部分熱二次風(fēng)加熱凈煙氣的可能，該方案投資省，兩臺(tái)機(jī)組總投資約為1 000萬元，施工方便，不需要機(jī)組停運(yùn)很長時(shí)間來施工，日常的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。從熱量平衡原理看，二次風(fēng)加熱脫硫出口凈煙氣技術(shù)所造成的經(jīng)濟(jì)損失是不可避免的，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性數(shù)值比蒸汽加熱器更大[3]，但對(duì)于該改造工程有一個(gè)非常有利的條件是現(xiàn)有煙囪是按照濕煙囪設(shè)計(jì)的，在“石膏雨”基本不會(huì)發(fā)生的夏季可以停運(yùn)二次風(fēng)加熱，不用擔(dān)心煙囪腐蝕問題，這部分停運(yùn)時(shí)間可以大大降低全年的平均運(yùn)行能耗，因此最終將方案選定為采用熱二次風(fēng)來加熱脫硫后凈煙氣。

3 熱二次風(fēng)加熱凈煙氣的實(shí)施過程

3.1 熱風(fēng)管道布置

將用于加熱凈煙氣的熱二次風(fēng)管道從空預(yù)器A出口的熱風(fēng)道引出鍋爐房，為了減少彎頭阻力，以彎頭斜向接出鍋爐房，分別沿鍋爐房側(cè)向爐后，經(jīng)過電除塵器、引風(fēng)機(jī)室，以彎頭斜接至脫硫塔出口水平凈煙道的側(cè)部。為了方便對(duì)抽取熱二次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，在熱風(fēng)管道上設(shè)置一個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)門和兩個(gè)氣動(dòng)截止門，通過調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)門開度來控制煙氣加熱溫度，在不抽取熱二次風(fēng)時(shí)關(guān)斷氣動(dòng)截止門和調(diào)節(jié)門來減少二次風(fēng)的漏風(fēng)量?；旌咸師犸L(fēng)道支管插入凈煙道內(nèi)長度大約為300 mm，并采用了旋流裝置，將熱風(fēng)道中的平行熱風(fēng)旋轉(zhuǎn)起來進(jìn)入凈煙道，這樣可以保證熱二次風(fēng)與凈煙氣充分的混合。為了保證加熱風(fēng)道熱膨脹的需要，在每兩個(gè)固定點(diǎn)之間加設(shè)非金屬補(bǔ)償器，以吸收加熱風(fēng)道的熱位移，系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 抽取熱二次風(fēng)加熱脫硫凈煙氣系統(tǒng)示意圖Fig.1 Sketch map of extracting secondary-air heating desulfurized clean flue gas system

3.2 熱二次風(fēng)參數(shù)的確定

抽取熱二次風(fēng)加熱凈煙氣，首先需要確定熱二次風(fēng)抽取點(diǎn)的壓力、加熱凈煙氣需要的熱風(fēng)量，經(jīng)過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)及熱力計(jì)算，確定了加熱凈煙氣需要熱風(fēng)的壓力及風(fēng)量參數(shù)，見表1。

表1 BMCR工況下抽取熱二次風(fēng)加熱脫硫凈煙氣設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Design parameters of extracting hot secondary-air heating desulfurized clean flue gas(BMCR condition)

續(xù)表

結(jié)合廠內(nèi)二期脫硫GGH運(yùn)行的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，最終選擇了凈煙溫度為72℃的設(shè)計(jì)方案。

4 應(yīng)用情況分析

4.1 實(shí)際投運(yùn)數(shù)據(jù)

機(jī)組BMCR工況下，熱二次風(fēng)投運(yùn)后的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2 抽取熱二次風(fēng)加熱脫硫凈煙氣實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab.2 Operation data of extracting hot secondary-airheating desulfurized clean flue gas

4.2 改造取得的效果

四期2臺(tái)600 MW機(jī)組熱二次風(fēng)加熱凈煙氣改造工程于2012年9月完成，投運(yùn)后在多種氣象條件下進(jìn)行了實(shí)地觀察，并且對(duì)比了3期未改造的2臺(tái)600 MW機(jī)組，效果非常明顯。特別是在2012年12月25日早，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度-3℃左右，在全年屬于氣溫比較低的時(shí)間段，在距離四期機(jī)組煙囪下風(fēng)向100 m，200 m，500 m以及更遠(yuǎn)的范圍內(nèi)，觀察均無“石膏雨”現(xiàn)象，而在相鄰仍未改造的3期機(jī)組煙囪下風(fēng)向200 m范圍內(nèi)已經(jīng)有明顯的液滴落下，對(duì)比的效果非常明顯。其它環(huán)境溫度稍高的情況，更沒有觀察到“石膏雨”現(xiàn)象，影響視覺的白色煙羽也隨之消失。

4.3 對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性及安全性的影響

(1)對(duì)于BMCR工況，根據(jù)文獻(xiàn)[3]的理論分析，將脫硫后凈煙氣溫度抬升了20℃，對(duì)單位體積的煙氣而言，其損失相當(dāng)于排煙溫度升高了20℃，依據(jù)熱量平衡原理，將凈煙氣的量折算到空氣預(yù)熱器出口的量，相當(dāng)于排煙溫度升高了22.4℃。這就是說，從二次熱風(fēng)中抽走的那部分二次風(fēng)所攜帶的熱量相當(dāng)于每千克燃煤的煙氣量排煙溫度升高22.4℃所攜帶的熱量。扣除二次風(fēng)量增加帶來的鍋爐排煙溫度下降值12.4℃，相當(dāng)于鍋爐排煙溫度升高了10℃，根據(jù)該機(jī)組熱效率測試的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使鍋爐熱效率降低了0.6%左右，以機(jī)組供電煤耗率296 g/(kW·h)計(jì)算，使機(jī)組供電煤耗率增加了約1.8 g。

(2)BMCR工況實(shí)際抽取的熱二次風(fēng)量為251 t/h，這部分風(fēng)量占整個(gè)送入爐膛二次風(fēng)量的12.8%。因?yàn)樗惋L(fēng)機(jī)風(fēng)量的增加，使兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)的總功率增加了353 kW，占送風(fēng)機(jī)總功率的23.5%，影響了廠用電率上升0.06%左右。

(3)引風(fēng)機(jī)及增壓風(fēng)機(jī)的功率基本沒有變化。

(4)任何工況下，熱二次風(fēng)聯(lián)通管的母管壓力只要高于0.35 kPa，就能夠保證足夠的熱二次風(fēng)去脫硫凈煙道，抽取熱二次風(fēng)的過程中對(duì)鍋爐燃燒調(diào)整無影響。

4.4 對(duì)環(huán)保及其他指標(biāo)的影響

(1)吸收塔入口煙氣溫度降低了12.4℃，根據(jù)脫硫系統(tǒng)水平衡計(jì)算，溫度每降低5℃，吸收塔水耗能夠降低 2.62 kg/1000 Nm3干煙氣[4，5]，以四期單臺(tái)600 MW機(jī)組的煙氣量計(jì)算，每小時(shí)可以節(jié)約工藝水耗量13.1 t。

(2)抽取熱二次風(fēng)后，凈煙氣氧量增加1.5%，對(duì)于煙囪排口處的SO2及NOx的折算值沒有影響。

(3)機(jī)組在脫硝改造過程中，將空預(yù)器換熱元件改為鍍搪瓷元件，因此排煙溫度的降低對(duì)于空預(yù)器的正常運(yùn)行影響不大。

5 結(jié)論

(1)熱二次風(fēng)加熱脫硫后凈煙氣在原理及實(shí)踐中均是可行的，當(dāng)加熱凈煙氣溫度在72℃以上時(shí)，可以完全徹底的消除“石膏雨”現(xiàn)象。

(2)熱二次風(fēng)加熱脫硫后凈煙氣，投資省，改造設(shè)備少，能充分利用原有設(shè)備的裕量，對(duì)鍋爐燃燒無影響。對(duì)于原煙囪已經(jīng)采取防腐技術(shù)的電廠，還可以根據(jù)環(huán)境溫度投停熱二次風(fēng)，運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行費(fèi)用也將大幅減少，因此，比較適合因“石膏雨”問題困擾而需要改造的機(jī)組。

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