MGGH技術(shù)在1000MW機(jī)組中應(yīng)用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性分析

陳文理

(廣州發(fā)展南沙電力有限公司，廣州市 511457)

MGGH技術(shù)在1000MW機(jī)組中應(yīng)用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性分析

陳文理

(廣州發(fā)展南沙電力有限公司，廣州市 511457)

介紹中間熱媒體煙氣換熱器(media gas-gas heater，MGGH)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用背景、工藝原理及國內(nèi)工程應(yīng)用情況；以1 000 MW機(jī)組為例，通過MGGH 與傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器(return gas-gas heater，RGGH)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性對比得出：采用MGGH技術(shù)可實(shí)現(xiàn)煙氣零泄漏、高效脫硫、余熱利用的目標(biāo)，從而可提高機(jī)組循環(huán)熱效率，降低發(fā)供電煤耗，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保達(dá)標(biāo)水平，采用MGGH技術(shù)將是燃煤電廠未來節(jié)能、降耗的發(fā)展方向。

1 000 MW機(jī)組; 節(jié)能; 環(huán)保; 中間熱媒體煙氣換熱器(MGGH)技術(shù); 余熱利用

0 引 言

隨著GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布實(shí)施，燃煤發(fā)電企業(yè)面臨的環(huán)保達(dá)標(biāo)壓力空前增加，新的高效煙氣處理技術(shù)不斷發(fā)展、應(yīng)用；另一方面，發(fā)電燃料價(jià)格居高不下等一系列因素，極大地壓縮了電廠的利潤空間，節(jié)能、降耗顯得越來越重要。在此種背景下，作為燃煤發(fā)電企業(yè)，采用何種煙氣處理工藝路線才能有助于上述問題的解決，得到廣泛的關(guān)注[1-2]。

目前，國內(nèi)外煙氣脫硫處理工藝中所采取的換熱器主要有回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器(return gas-gas heater，RGGH)、中間熱媒體煙氣換熱器(media gas-gas heater，MGGH) 2種形式[3]。國內(nèi)燃煤電廠脫硫換熱器基本上全部采用RGGH，這種換熱器本身的腐蝕、堵塞問題較為嚴(yán)重，運(yùn)行成本高，系統(tǒng)的安全、可靠性低[4]。MGGH是一種基于熱媒體為載體的煙氣余熱利用氣氣換熱裝置，具有煙氣余熱回收和脫硫后冷煙氣再熱相互獨(dú)立完成的特點(diǎn)，可以去除絕大部分的SO3，解決濕法脫硫工藝中SO3腐蝕的難題，不存在冷熱煙氣短路造成SO2泄漏等問題，具有更加良好的環(huán)保、節(jié)能效果，符合國家建設(shè)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

本文基于1 000 MW機(jī)組，介紹MGGH技術(shù)的工藝原理及國內(nèi)工程應(yīng)用情況，對比MGGH 與RGGH的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性，提出具有參考價(jià)值的結(jié)論。

1 MGGH技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用背景

MGGH技術(shù)是從日本三菱公司的電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝的單一除塵、脫硫工藝路線演變而來的。在日本，所有的濕法煙氣脫硫工藝均設(shè)置煙氣加熱器，而日本三菱公司開發(fā)的濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝采用無泄漏MGGH，即原煙氣加熱熱媒水，然后用熱媒水加熱脫硫后的凈煙氣。早期的MGGH布置在除塵器后、當(dāng)燃用高硫煤時(shí)，SO3引起的酸腐蝕問題比較嚴(yán)重。為適應(yīng)不斷提高的環(huán)保排放控制標(biāo)準(zhǔn)，并解決SO3引起的酸腐蝕問題，日本三菱公司于1997年開始研究將MGGH移至空氣預(yù)熱器后、除塵器前的布置方案，并很快在一些大型燃煤電廠得到推廣應(yīng)用。

2 MGGH技術(shù)的工藝原理

MGGH是一種利用高溫流體余熱加熱低溫流體的換熱設(shè)備，換熱器中的熱管一般由管殼和內(nèi)部工作液體(通常是水)組成[5-8]。通常降溫?fù)Q熱器設(shè)置在鍋爐空氣預(yù)熱器后，升溫?fù)Q熱器設(shè)置在脫硫吸收塔出口，先用原煙氣加熱工作液體，通過循環(huán)流動(dòng)，工作液體再利用自身攜帶的熱量加熱脫硫塔出來的凈煙氣，使其溫度從50 ℃左右升到80 ℃以上。其原理及工藝流程示意如圖1所示。

圖1 MGGH技術(shù)工作原理

3 MGGH工藝應(yīng)用情況

MGGH工藝在日本已具有多臺(tái)大機(jī)組的成功運(yùn)行業(yè)績，如原町電廠(1臺(tái)1 000 MW機(jī)組)、常陸那珂電廠(1臺(tái)1 000 MW機(jī)組)、碧南電廠(2臺(tái)1 000 MW機(jī)組)、橘灣電廠(1臺(tái)1 000 MW機(jī)組)、三隅電廠(1臺(tái)1 000 MW機(jī)組)等都采用了此工藝。

在我國，廣東大埔電廠(2臺(tái)660 MW機(jī)組)采用了MGGH工藝，通過機(jī)組凝結(jié)水流通換熱方式完成煙氣余熱回收和脫硫后冷煙氣再熱功能。

4 MGGH工藝技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性分析

某沿海電廠某臺(tái)1 000 MW機(jī)組工程同步建設(shè)煙氣濕法脫硫裝置和煙氣脫硝裝置，除塵采用布袋除塵器?；谠摍C(jī)組，對采用MGGH脫硫工藝與采用傳統(tǒng)RGGH脫硫工藝進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性分析比較。

4.1 采用MGGH對引風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗的影響

將MGGH放熱段布置在除塵器前，經(jīng)過MGGH放熱段后，煙氣溫度降低，可以減少布袋除塵器超溫的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)煙氣流量減少，引風(fēng)機(jī)電耗也相應(yīng)降低[9]。一般設(shè)置MGGH后，煙氣溫度可以降低45 ℃(約從135 ℃降到90 ℃)，煙氣流量降低8%，引風(fēng)機(jī)電耗相應(yīng)降低8%，汽輪機(jī)熱耗保證(turbine heat acceptance，THA)工況下每臺(tái)引風(fēng)機(jī)電耗可以降低516 kW。

4.2 采用MGGH對設(shè)備腐蝕、磨損、積灰堵塞的影響

將MGGH放熱段布置在除塵器前，由于煙氣中存在大量的堿性粉塵，當(dāng)煙氣溫度降到酸露點(diǎn)附近時(shí)，冷凝的硫酸(SO3)會(huì)被粉塵中大量的堿性物質(zhì)中和，然后被除塵器捕捉。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，換熱器受熱面、除塵器、煙道等的腐蝕現(xiàn)象并不嚴(yán)重[10]。從日本多個(gè)工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況來看，即使MGGH放熱段采用碳鋼，2個(gè)大修期內(nèi)都未出現(xiàn)因腐蝕而使受熱面破損的情況。但由于煙氣中粉塵濃度很高，對受熱面的磨損不可避免，煤的灰分和飛灰磨損指數(shù)越高，磨損越嚴(yán)重。為保證換熱效果，煙氣經(jīng)過MGGH放熱段時(shí)流速不能太高，因此MGGH放熱段容易出現(xiàn)積灰、堵塞現(xiàn)象，影響換熱效果，嚴(yán)重時(shí)煙氣阻力急劇增加，影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定和安全性。布置在脫硫塔出口的MGGH加熱段，由于煙氣的溫度低于露點(diǎn)溫度，而且含有大量的水分，容易使設(shè)備腐蝕。因此，在選型設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮設(shè)備腐蝕、磨損、積灰堵塞問題的解決措施。

4.3 采用MGGH后針對腐蝕、磨損、堵塞的防控措施

4.3.1 防止磨損措施

(1)針對煙塵濃度較高工況，在所有換熱管排迎風(fēng)面的前端逐排布置專用防磨與導(dǎo)流穩(wěn)流裝置，在換熱管所有彎頭位置加設(shè)防磨瓦(合金材料)，進(jìn)一步提高抗磨性能。

(2)采用CFD計(jì)算機(jī)氣流分布分析+物模試驗(yàn)的方法，確保受熱面煙氣流場均勻，避免出現(xiàn)局部高風(fēng)速、高濃度磨損區(qū)。

4.3.2 防止腐蝕措施

(1)控制換熱管的進(jìn)水溫度達(dá)到水露點(diǎn)(約40 ℃，具體數(shù)據(jù)由計(jì)算確定 )+20 ℃以上，可有效避免換熱管發(fā)生低溫腐蝕。

(2)按照有限腐蝕法設(shè)計(jì)選型，合理選取腐蝕余量。所有換熱管管壁均按有限腐蝕法進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，滿足特殊設(shè)計(jì)壽命要求。

(3)針對不同區(qū)域、工況，進(jìn)行換熱管選材。高溫區(qū)段換熱管可選擇中厚壁、20號鋼材；處于低溫區(qū)段的換熱管可選擇ND鋼( 09CrCuSb 鋼)等抗腐蝕能力強(qiáng)的材料，確保防腐要求。

4.3.3 防止積灰措施

(1)合理控制煙氣流速。

(2)結(jié)合對煙氣中飛灰粘污指數(shù)的分析，可采用不同間距、不同形式的換熱翅片。

(3)采用輔助清灰手段，如在低負(fù)荷煙氣流速較低以及停機(jī)檢修時(shí)，可利用輔助吹掃方法(壓縮氣體、聲波吹掃或蒸汽吹灰)清除換熱管上殘余積灰。根據(jù)需要，停機(jī)時(shí)可輔以水沖洗，實(shí)施徹底清掃。

4.4 MGGH工藝主要技術(shù)優(yōu)勢

(1)降低電耗，運(yùn)行費(fèi)用低。入口煙氣溫度由135 ℃左右降低到90 ℃左右后，煙氣流量降低8%，引風(fēng)機(jī)電耗相應(yīng)降低8%，THA工況下單臺(tái)引風(fēng)機(jī)電耗可以降低516 kW。

(2)解決了濕法脫硫工藝中SO3腐蝕的難題。在除塵器入口煙氣溫度降低后，煙氣中的SO3可很好地與煙氣中的水分融合成煙酸(H2SO4)小液滴，經(jīng)高質(zhì)量濃度的粉塵顆粒包裹吸附后很容易被除塵器捕捉，從而解決下游設(shè)備的SO3腐蝕難題。

(3)實(shí)現(xiàn)氣氣換熱過程的煙氣零泄漏，提高脫硫效率。而RGGH工藝中的煙氣，由原煙氣側(cè)向凈煙氣側(cè)泄漏，會(huì)降低系統(tǒng)的脫硫效率。

(4)煙氣處理體積流量下降，降低除塵、風(fēng)機(jī)設(shè)備初投資成本。

(5)采用機(jī)組主凝結(jié)水作為熱媒體，可有效利用回收的煙氣余熱，降低發(fā)電煤耗，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。

RGGH與MGGH技術(shù)對比如表1所示。

4.5 RGGH和MGGH工藝經(jīng)濟(jì)性比較

4.5.1 機(jī)組循環(huán)熱效率

采用MGGH工藝，可最大程度實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益，換熱過程采用凝結(jié)水開式循環(huán)方式，換熱介質(zhì)擬采用7號低壓加熱器出口的凝結(jié)水，經(jīng)過換熱過程升溫后此凝結(jié)水再返回凝結(jié)水系統(tǒng)。同時(shí)，考慮在MGGH-A/H熱回收器及MGGH-R/H再熱器進(jìn)出水端增設(shè)旁路，通過旁路切換，可實(shí)現(xiàn)低溫省煤器功能轉(zhuǎn)換。經(jīng)過換熱后的凝結(jié)水參數(shù)如表2所示[11]，MGGH系統(tǒng)流程如圖2所示。

表1 RGGH與MGGH方案技術(shù)對比

表2開式循環(huán)換熱介質(zhì)參數(shù)

Tab.2Heattransfermediumparametersinopencycle

從表2可看出，采用MGGH工藝，在滿負(fù)荷工況時(shí)，MGGH熱段煙氣從135 ℃降到90 ℃，冷段煙氣從50 ℃升到80 ℃。采用取全部冷卻水(2 100 t/h)進(jìn)入MGGH系統(tǒng)的換熱工藝。由于換熱器換熱效率及沿程熱損失，熱段冷卻水由82.3 ℃吸收煙氣余熱后升至103 ℃，冷段冷卻水由102 ℃釋放余熱至煙氣中后降至85 ℃，經(jīng)換熱后冷卻水溫升余量為2.7 ℃，在滿足環(huán)保排放擴(kuò)散的要求下，煙氣余熱得到有效利用[12]。凝結(jié)水溫度升高后，可適當(dāng)減少5段抽汽量，汽輪機(jī)熱耗有所下降。經(jīng)過初步估算，與傳統(tǒng)RGGH工藝相比，采用MGGH工藝汽輪機(jī)熱耗可降低7 kJ/(kW·h)，折合發(fā)電煤耗下降了0.26 g/(kW·h)。按照機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行1 000 MW，年利用小時(shí)為5 500 h，燃煤價(jià)格為900元/t計(jì)，與傳統(tǒng)RGGH工藝相比，采用MGGH工藝可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用128.7萬元/年。

圖2 MGGH系統(tǒng)流程

4.5.2 運(yùn)行電耗

由于引風(fēng)機(jī)壓頭和流量變化，引風(fēng)機(jī)軸功率也不同。設(shè)置RGGH和MGGH運(yùn)行電耗比較見表3。

表3 設(shè)置RGGH和MGGH運(yùn)行電耗比較

4.5.3 設(shè)備投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

采用RGGH與MGGH的經(jīng)濟(jì)性比較主要體現(xiàn)在設(shè)備初投資、運(yùn)行電耗以及煙氣余熱利用經(jīng)濟(jì)效益方面[13]，如表4所示。

表4 設(shè)置GGH和MGGH裝置綜合經(jīng)濟(jì)性對比

經(jīng)詢價(jià)，每臺(tái)1 000 MW機(jī)組RGGH的造價(jià)約為1 500萬元，MGGH的造價(jià)約為2 500萬元。根據(jù)RGGH與MGGH布置方案初步估算，采用RGGH后煙道鋼材耗量單臺(tái)機(jī)組需要增加約300 t，每t鋼材按8 270元算，即每臺(tái)機(jī)組約增加248萬元；采用MGGH后煙道鋼材耗量不需要增加。

采用MGGH后，除塵器入口煙溫降低40 ℃，煙氣量降低約8%，經(jīng)向廠家詢價(jià)，除塵器造價(jià)約減少300萬元，風(fēng)機(jī)價(jià)格約減少20萬元。

從表4可知，與傳統(tǒng)濕法煙氣脫硫RGGH工藝相比，采用MGGH工藝可減少年運(yùn)行、維護(hù)、折舊及貸款利息綜合費(fèi)用約199.48萬元。如通過旁路切換，完全實(shí)現(xiàn)低溫省煤器功能，節(jié)能降耗效益將會(huì)更加明顯。

5 結(jié) 語

新型的MGGH低低溫?zé)煔馓幚砉に嚕c傳統(tǒng)的RGGH煙氣處理工藝相比，具有降低廠用電率，降低發(fā)供電煤耗，零煙氣泄漏，脫硫效率高，SO3脫除率高，運(yùn)行可靠性高，煙氣回?zé)峋C合利用率高等特點(diǎn)，環(huán)保、節(jié)能效果更好，符合國家建設(shè)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。MGGH工藝在國外已有多臺(tái)大機(jī)組的應(yīng)用業(yè)績，此技術(shù)的應(yīng)用必將是國內(nèi)燃煤電廠未來節(jié)能降耗的發(fā)展方向，值得大力推廣應(yīng)用。

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(編輯：楊大浩)

TechnicalandEconomicAnalysisofMGGHTechnologyApplicationin1000MWUnit

CHEN Wenli

(The Development of Guangzhou Nansha Power Co., Ltd., Guangzhou 511457, China)

This paper first introduced the development background, technical principle and engineering application in China of the MGGH (media gas-gas heater) technology. Then, taking a 1 000 MW unit as an example, through the technical and economic comparison with the traditional RGGH (return gas-gas heater) technology, it is concluded that the MGGH technology can achieve zero leakage of flue gas, efficient desulfurization and surplus heat utilization, so as to improve units’ cycle thermal efficiency, reduce coal consumption for power generation and supply, improve the economic efficiency and environmental protection level of power plant as well. Therefore, the application of MGGH technology will be the future development direction of energy saving and consumption reduction of coal-fired power plant.

1 000 MW unit; energy saving; environmental protection; MGGH; surplus heat utilization

TM 621

： A

： 1000-7229(2014)05-0103-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2014.05.018

2013- 11- 18

：2013- 12- 25

陳文理(1972),男，本科，工程師，從事電力基建技術(shù)管理工作,E-mail: cwlcwlcom@126.com。