熱媒水管式煙氣換熱器在電站脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用

童家麟, 方 磊， 鄭建平， 張 明

(國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院， 杭州 310014)

熱媒水管式煙氣換熱器在電站脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用

童家麟, 方 磊， 鄭建平， 張 明

(國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院， 杭州 310014)

針對氣-氣換熱器(GGH)運行中存在壓差高、易堵塞等缺陷，提出熱媒水管式煙氣換熱器(WGGH)技術(shù)，以某超超臨界機組增設(shè)WGGH系統(tǒng)為研究對象，比較了WGGH系統(tǒng)設(shè)置的技術(shù)利弊。結(jié)果表明：WGGH較GGH可以降低廠用電率，且能提高脫硫系統(tǒng)的可靠性，從而保障了機組的經(jīng)濟效益和社會效益。

燃煤火電機組； 煙氣脫硫； 氣-氣換熱器； 可靠性

隨著我國對火電環(huán)保要求的日趨嚴格，新建火電機組都要求同步增設(shè)脫硫、脫硝裝置，以達到煙氣污染物的超低排放。煙氣脫硫方法基本是以石灰石/石膏濕法脫硫為主，為了使煙囪出口排煙溫度大于其露點溫度，對國內(nèi)大多數(shù)濕法脫硫裝置，均配置有凈煙氣加熱器，而絕大多數(shù)都采用了回轉(zhuǎn)再生式原煙氣/凈煙氣換熱器(GGH)，以提高煙氣溫度[1]。脫硫系統(tǒng)GGH處于一個比較復(fù)雜、惡劣的環(huán)境，較易出現(xiàn)堵塞問題，嚴重影響了脫硫系統(tǒng)的正常運行。

目前國內(nèi)300～1 000 MW機組大多采用GGH的脫硫系統(tǒng)，而GGH幾乎是整個脫硫系統(tǒng)最大的故障點，在運行中的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 換熱元件較易出現(xiàn)堵塞、結(jié)垢現(xiàn)象，導(dǎo)致GGH阻力增大，嚴重時導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)停運。

(2) 換熱元件低溫區(qū)煙氣溫度較低，甚至低于硫酸的露點溫度，較易發(fā)生低溫腐蝕。

(3) 回轉(zhuǎn)式GGH泄漏率較大，容易造成原煙氣向凈煙氣泄漏，降低了脫硫系統(tǒng)的脫硫效率[2]。

針對GGH在實際運行中的缺陷，筆者提出一種新的換熱器，即熱媒水管式煙氣加熱器(WGGH)，用以克服GGH存在的不足，該設(shè)備在某新建工程的應(yīng)用中效果良好，沒有明顯地出現(xiàn)積灰結(jié)垢現(xiàn)象，可以為同類型機組脫硫系統(tǒng)改造提供借鑒和參考。

1 研究對象概況

某新建工程2臺1 030 MW機組為國產(chǎn)超超臨界燃煤機組，每臺機組配置有一套脫硫系統(tǒng)，采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝，使排放的凈煙氣含硫質(zhì)量濃度降至35 mg/m3，遠低于新建工程100 mg/m3的排放標準[3]。脫硫系統(tǒng)采用了取消旁路、增壓風(fēng)機和GGH的設(shè)計，使用聯(lián)合風(fēng)機形式，在吸收塔進口設(shè)置有兩級事故噴淋裝置，以防止高溫?zé)煔鈸p壞吸收塔及煙道。

該工程設(shè)置有WGGH以提高煙囪出口煙氣溫度，防止煙囪低溫腐蝕。WGGH的換熱形式為煙氣-水換熱器，原煙氣放熱器(WGGH降溫段)布置在鍋爐引風(fēng)機出口與脫硫塔進口之間煙道上(每臺爐1套)；凈煙氣加熱器(WGGH升溫段)布置在濕式電除塵出口與煙囪之間的煙道上(每臺爐2套)。WGGH的原煙氣降溫段通過熱媒介質(zhì)將鍋爐引風(fēng)機出口煙氣熱量回收，通過凈煙氣加熱器傳遞給濕式靜電除塵器出口的低溫?zé)煔?。熱媒介質(zhì)采用除鹽水，閉式循環(huán)，增壓泵驅(qū)動，熱媒輔助加熱系統(tǒng)采用輔助蒸汽加熱，其原則性熱力系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 WGGH原則性熱力系統(tǒng)

鍋爐引風(fēng)機出口煙氣進入原煙氣放熱器，由熱媒水回收熱量提高水溫，在THA工況下，熱媒水吸熱后溫度升高到100 ℃左右，進入凈煙氣加熱器；凈煙氣吸熱后煙氣溫度達到78 ℃以上進入煙囪，煙囪出口處的白霧現(xiàn)象能夠基本消除；放熱后的熱媒水溫度不低于70 ℃，通過熱媒增壓泵增壓后再進入現(xiàn)有原煙氣放熱器，熱媒水形成閉式循環(huán)。熱媒水來源為凝結(jié)水。在鍋爐低負荷時，采用熱媒輔助加熱系統(tǒng)對熱媒水進行加熱，以保證凈煙氣再熱器出口煙氣溫度不低于72 ℃。

當原煙氣溫度小于循環(huán)泵出口水溫時，熱媒水不經(jīng)過原煙氣放熱器，防止熱媒水對原煙氣放熱，使得高溫?zé)煔鈸p壞吸收塔及煙道。隨著原煙氣溫度逐漸升高，應(yīng)及時將熱媒水走向切換至經(jīng)過原煙氣放熱器，以降低原煙氣溫度、節(jié)省輔助蒸汽用量。

WGGH原煙氣放熱器壁面溫度較低，較易積灰、結(jié)垢，因此在原煙氣放熱器設(shè)置有吹灰系統(tǒng)，吹灰汽源來自輔助蒸汽，吹灰壓力為0.8～1.3 MPa，而目前GGH吹灰器氣源多為壓縮空氣，其壓力僅為0.5 MPa。吹灰壓力的提高，可以改善吹掃效果，將附著在換熱面上的煙塵及時清除[4]。

2 WGGH效益分析

2.1 降低廠用電率

GGH換熱元件較易堵塞，堵塞后元件壓差增大，煙氣阻力上升，同類型機組運行一段時間后，GGH壓差高達1 800 Pa以上。WGGH系統(tǒng)設(shè)計壓差僅為800 Pa，且在機組調(diào)試期間，壓差并沒有明顯增大，說明WGGH系統(tǒng)有良好的防堵塞性能。圖2給出了滿負荷下壓差分別為800 Pa和1 800 Pa的引風(fēng)機的工況點。由圖2可知：脫硫系統(tǒng)阻力增大，引風(fēng)機動葉開度變大，效率有所提高，但兩個工況下效率相差并不大，壓差為800 Pa時引風(fēng)機效率為46%，壓差為1 800 Pa時引風(fēng)機效率為55%；風(fēng)機需克服的阻力加大，兩個工況下，風(fēng)機軸功率相差達290 kW。綜上所述，隨著脫硫系統(tǒng)壓差的減小，引風(fēng)機軸功率降低，廠用電率隨之降低。

1-v1=747.7 m3/s,Y=13 288.0 J/kg,p=11 974 Pa, ρ=0.863 kg/m2;2-v1=673.6 m3/s,Y=11 684.0 J/kg,p=10 750 Pa, ρ=0.885 kg/m2;3-v1=654.2 m3/s,Y=10 803.0 J/kg,p=9 978 Pa, ρ=0.891 kg/m2。

2.2 減少吸收塔耗水量

由文獻[5]可知，GGH結(jié)垢嚴重時較運行良好時，脫硫系統(tǒng)耗水量增加約30 t/h。WGGH良好的防結(jié)垢性能，使得原煙氣在較長時間內(nèi)可以得到有效降溫，從而減少了吸收塔的耗水量。盡管WGGH自身需要除鹽水作為介質(zhì)進行換熱，但長時間的運行結(jié)果表明，其補水量很少，遠低于煙氣溫度上升帶來的耗水量增加。

2.3 提高系統(tǒng)安全性

GGH壓差變大還可能造成風(fēng)機喘振。如果脫硫系統(tǒng)結(jié)垢特別嚴重，將導(dǎo)致煙氣通流量減小，引風(fēng)機出口壓力升高。由圖2可知，這會使得風(fēng)機的工況點向左上方移動，進入風(fēng)機失速區(qū)，極易造成引風(fēng)機跳閘，對機組的正常運行造成影響。GGH的結(jié)垢還會造成脫硫吸收塔入口溫度的增加，嚴重時會損壞吸收塔內(nèi)部的設(shè)備，同時也會影響吸收塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的效果；而WGGH系統(tǒng)可以有效地防止換熱面結(jié)垢，從而提高了機組運行的安全性，社會效益也隨之大幅提升。

3 WGGH存在的風(fēng)險及運行調(diào)整

雖然WGGH系統(tǒng)較傳統(tǒng)GGH系統(tǒng)優(yōu)勢非常明顯，但其作為一種新的換熱系統(tǒng)，所帶來的風(fēng)險也不容忽視：(1)系統(tǒng)未設(shè)置旁路擋板，若WGGH兩側(cè)壓差增大，會引起引風(fēng)機負荷增加，甚至引起引風(fēng)機跳閘；(2)系統(tǒng)設(shè)備增加，可能會給機組的安全運行帶來隱患；(3)需準確控制熱媒水溫度，確保凈煙氣換熱器煙氣出口溫度大于煙氣酸露點溫度，防止煙囪腐蝕；(4)系統(tǒng)設(shè)備增多，給機組除鹽水系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)帶來影響。

為確保WGGH系統(tǒng)的安全運行，在運行調(diào)整方面采取如下措施：

(1) 系統(tǒng)剛投入時，對機組其他系統(tǒng)的正常運行會產(chǎn)生一定的影響，故需加強對除鹽水系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)等的監(jiān)視。

(2) 正常運行中保證吸收塔漿液pH值、密度在正常值內(nèi)，減少煙氣攜帶液滴現(xiàn)象，且合適的pH值使脫硫產(chǎn)物是溶解度較大的Ca(HSO3)2，有較高的脫硫效率，不易結(jié)垢[6]，防止對凈煙氣再熱器的腐蝕。

(3) 正常運行時加強對原煙氣換熱器的吹灰，保證吹灰蒸汽壓力大于1.0 MPa。嚴密監(jiān)視WGGH系統(tǒng)壓差，發(fā)現(xiàn)差壓異常升高，及時消除缺陷，以保證機組的穩(wěn)定運行。

(4) 保證原煙氣換熱器、凈煙氣再熱器出口煙氣溫度均在合理的范圍內(nèi)，壁面對吸收塔的破壞和對煙囪的腐蝕。

(5) 確保熱媒水pH值>10，防止對換熱面造成腐蝕。

通過不斷實踐，及時發(fā)現(xiàn)熱力系統(tǒng)和控制邏輯存在的問題，系統(tǒng)的風(fēng)險在可控范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語

WGGH系統(tǒng)作為一種新的換熱系統(tǒng)，盡管存在一定風(fēng)險，但是其優(yōu)勢非常明顯：

(1) 脫硫系統(tǒng)煙氣阻力直接影響到機組的廠用電率。該1 030 MW機組當設(shè)置WGGH時較設(shè)置GGH可降低單臺引風(fēng)機軸功率290 kW，按年利用小時5 500 h計算，4臺引風(fēng)機降低電耗6.38 GW·h。

(2) 有效地解決了GGH系統(tǒng)存在的結(jié)垢問題，降低了脫硫工藝水耗量，增加了脫硫系統(tǒng)的投入率，社會效益顯著提高。

[1] 倪迎春. 電廠GGH積灰結(jié)垢的原因分析與處理措施[J]. 電力科學(xué)與工程,2010,26(8):61-64.

[2] 彭大為,舒少辛,王義兵,等. 脫硫系統(tǒng)GGH應(yīng)用方案設(shè)計初探[J]. 中國電業(yè)：技術(shù)版,2012(2):52-55.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB 13223—2011 火電廠大氣污染物排放標準[S]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

[4] 趙景輝. 脫硫GGH可調(diào)頻高強聲波吹灰器研究[J]. 華北電力技術(shù),2013,34(8):27-30.

[5] 禾志強,祁利明. 石灰石/石膏法脫硫體統(tǒng)GGH堵塞解決措施[J]. 電站系統(tǒng)工程,2009,25(5):18-20.

[6] 馬磊,沈漢年,趙立冬. 石灰石/石灰濕法煙氣脫硫結(jié)垢的機理及控制[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保,2007,33(9): 19-20.

Application of WGGH in Flue Gas Desulfurization System of Power Plants

Tong Jialin, Fang Lei, Zheng Jianping, Zhang Ming

(Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Company,Hangzhou 310014, China)

To overcome the deficiencies of high pressure difference existing in the gas-gas heater (GGH) that is easy to be blocked, the technology of water medium heat pipe gas-gas heater (WGGH) was proposed. Taking an ultra supercritical power unit as an example, technical advantages and disadvantages were compared for the unit before and after installation of WGGH. Results show that compared with GGH, WGGH can help to lower the auxiliary power consumption rate and improve the reliability of flue gas desulfurization system, thus ensuring the economy and social benefit of the unit.

coal-fired power unit; flue gas desulfurization; gas-gas heater; reliability

2014-11-07

童家麟(1986—)，男，工程師，主要從事電廠調(diào)試、性能優(yōu)化等工作。

E-mail: tongjialing@126.com

X701.3

A

1671-086X(2015)04-0294-03