燃煤發(fā)電廠煙氣超低排放管式GGH控制模式研究

俞峰蘋，李清毅，金 軍，陳文華

（1.浙江天地環(huán)保工程有限公司，杭州 310003；2.浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江 嘉興 314201）

燃煤發(fā)電廠煙氣超低排放管式GGH控制模式研究

俞峰蘋1，李清毅1，金 軍2，陳文華1

（1.浙江天地環(huán)保工程有限公司，杭州 310003；2.浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江 嘉興 314201）

為解決回轉(zhuǎn)式GGH漏風(fēng)率較高的問題，諸多燃煤發(fā)電廠在煙氣超低排放改造中增設(shè)了管式GGH系統(tǒng)，由于管式GGH系統(tǒng)應(yīng)用較少，缺少運(yùn)行控制經(jīng)驗。介紹了管式GGH系統(tǒng)組成，在機(jī)組啟動、運(yùn)行和停運(yùn)階段的控制模式和主要控制回路。管式GGH系統(tǒng)投運(yùn)結(jié)果表明，煙氣冷卻器出口溫度均能控制在92℃左右，系統(tǒng)運(yùn)行良好。

超低排放；管式GGH；控制模式；運(yùn)行

0 引言

為了避免脫硫吸收塔出口的煙氣濕度較大造成的煙囪飄“石膏雨”現(xiàn)象[1]，在已投運(yùn)的機(jī)組中大多設(shè)置了回轉(zhuǎn)式GGH（煙氣-煙氣換熱器）[2]。目前，為達(dá)到更嚴(yán)格的環(huán)保要求，國內(nèi)諸多燃煤發(fā)電廠進(jìn)行了煙氣超低排放改造。由于回轉(zhuǎn)式GGH漏風(fēng)率較高[2]，為了更好地滿足環(huán)保要求，又能抬升排煙溫度以減輕石膏雨的影響，將回轉(zhuǎn)式GGH改為以熱媒水為介質(zhì)的管式煙氣-煙氣換熱器（簡稱管式GGH）成為解決問題的一條途徑。

某1 000 MW燃煤機(jī)組鍋爐是超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、改進(jìn)型低NOXPM主燃燒器和MACT型低NOX分級送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、反向雙切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、П型露天布置。在進(jìn)行了煙氣超低排放改造時，將回轉(zhuǎn)式GGH改為管式GGH，煙氣冷卻器和煙氣加熱器分別放置在干式電除塵器前和脫硫吸收塔后，通過熱媒水的傳熱將空預(yù)器出口煙氣的熱量加熱吸收塔出口的低溫?zé)煔?，抬升溫度?5～80℃左右排放。

由于管式GGH在國內(nèi)燃煤發(fā)電廠的應(yīng)用較少，控制運(yùn)行尚缺乏一定的經(jīng)驗。以該機(jī)組煙氣超低排放中的管式GGH系統(tǒng)為例，介紹管式GGH系統(tǒng)的組成，分析管式GGH的主要控制回路，并研究管式GGH系統(tǒng)的主要運(yùn)行控制模式。

1 管式GGH系統(tǒng)概況

圖1為該燃煤機(jī)組管式GGH系統(tǒng)的流程示意圖，換熱形式為兩級煙氣-水換熱器及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)。

圖1 管式GGH系統(tǒng)流程示意

如圖1所示，兩級煙氣-水換熱器由煙氣冷卻器和煙氣加熱器組成，兩者之間通過熱媒水傳熱。機(jī)組A側(cè)、B側(cè)煙道分別設(shè)置3組煙氣冷卻器，布置在原干式靜電除塵器入口煙道上，利用鍋爐干式靜電除塵器入口煙氣加熱熱媒水；煙囪入口煙道設(shè)置1組煙氣加熱器，利用熱媒水加熱濕式靜電除塵器出口低溫?zé)煔?，提高煙囪入口煙溫到煙氣露點(diǎn)溫度以上，以消除煙囪出口“冒白煙”和“石膏雨”現(xiàn)象。

管式GGH輔助系統(tǒng)包括熱媒循環(huán)水系統(tǒng)、熱媒輔助加熱系統(tǒng)、熱媒水補(bǔ)充系統(tǒng)。其中熱媒水采用除鹽水，由熱媒水泵（一用一備）驅(qū)動閉式循環(huán)。熱媒水輔助加熱系統(tǒng)包括蒸汽加熱器（1臺）、管道及附件、閥門等，主要在機(jī)組低負(fù)荷時，利用輔助蒸汽加熱熱媒水，提高煙氣加熱器入口水溫。熱媒水補(bǔ)充系統(tǒng)包括熱媒補(bǔ)充水箱（1臺）、熱媒供給管道及附件、閥門等，水箱布置于系統(tǒng)高點(diǎn)，對整個熱媒循環(huán)水系統(tǒng)起到穩(wěn)壓作用。

2 管式GGH運(yùn)行控制模式

2.1 機(jī)組啟動階段

鍋爐點(diǎn)火產(chǎn)生煙氣SO2與SO3以及煙氣水霧，如果煙氣冷卻器和煙氣加熱器水溫低于煙氣溫度，會引起煙氣冷卻器和煙氣加熱器管壁結(jié)露、腐蝕，同時因煙氣冷卻器所處的環(huán)境煙塵濃度較高，易使煙塵黏附、增多及結(jié)垢，影響換熱面并惡化。因此在機(jī)組啟動階段，引風(fēng)機(jī)啟動前，完成管式GGH的上水工作，并在鍋爐點(diǎn)火前預(yù)熱熱媒水，對管式GGH煙氣冷卻器和煙氣加熱器進(jìn)行管壁升溫。

在鍋爐點(diǎn)火之前，煙氣冷卻器和煙氣加熱器熱媒水一同循環(huán)升溫，此時煙氣冷卻器出口水溫較低，使該點(diǎn)水溫高于煙氣酸露點(diǎn)，可控制好整個系統(tǒng)的熱媒水溫下限。通過全開各煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、全關(guān)煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥，熱媒水加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥根據(jù)煙氣冷卻器出口熱媒水溫度逐漸調(diào)整并跟蹤，直至溫度達(dá)到設(shè)計值。

鍋爐點(diǎn)火之后，煙氣溫度較低時，熱媒水與煙氣發(fā)生換熱，煙氣將帶走部分熱量，如果蒸汽加熱器的加熱容量足夠時，仍然采用煙氣冷卻器和煙氣加熱器同時循環(huán)升溫；如果蒸汽加熱器的加熱容量有限時，需考慮把煙氣冷卻器和煙氣加熱器其中一段隔離，僅保留另外一段的熱媒水循環(huán)升溫，這主要看冷卻段和加熱段的管束材質(zhì)。一般而言，會放棄冷卻段，保留加熱段的溫度。此時煙氣加熱器出口水溫相對最低，應(yīng)使該點(diǎn)水溫高于煙氣酸露點(diǎn)，可控制好熱媒水溫下限。通過全關(guān)管式GGH煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、全開煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥，熱媒水加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥根據(jù)煙氣加熱器出口水溫逐漸調(diào)整并跟蹤，直至溫度達(dá)到設(shè)計值。

2.2 機(jī)組運(yùn)行階段

在機(jī)組正常運(yùn)行階段，管式GGH煙氣冷卻器和加熱器熱媒水均已升溫至正常。

煙氣冷卻器出口煙溫上升，則開大管式GGH各煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，關(guān)小煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥；煙氣冷卻器出口煙溫下降，則關(guān)小管式GGH各煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，開大煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥。主要控制煙氣冷卻器出口煙溫在85～90℃，一般設(shè)定在90℃并自動跟蹤。

煙氣加熱器出口煙溫上升，則關(guān)小管式GGH熱媒水蒸汽加熱器進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥，否則反之?？刂茻煔饧訜崞鞒隹跓煖卦?5～80℃左右。

2.3 機(jī)組停運(yùn)階段

在機(jī)組停機(jī)過程，類似于機(jī)組啟動階段，煙氣溫度低于煙氣冷卻器出口煙溫低于煙氣露點(diǎn)溫度。這個階段全開煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥，全關(guān)各煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，熱媒水泵運(yùn)行，保持小循環(huán)。增大蒸汽加熱器進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥開度，煙氣加熱器熱媒水通過蒸汽加熱保溫，煙氣冷卻器熱媒水則隨煙溫同步下降，直至鍋爐熄火。

在脫硫吸收塔再循環(huán)泵、濕式電除塵系統(tǒng)噴淋未停運(yùn)階段，控制煙氣加熱器出口熱媒水溫高于煙氣露點(diǎn)溫度。僅空氣流動而未點(diǎn)火階段，保持煙氣加熱器出口熱媒水略高于煙氣溫度。

3 管式GGH系統(tǒng)主要控制回路

3.1 控制回路總體設(shè)計思路

在進(jìn)行管式GGH系統(tǒng)設(shè)計時，主要考慮以下幾個方面：

（1）管式GGH煙氣加熱器的出口煙氣溫度達(dá)到設(shè)計值。

（2）管式GGH煙氣冷卻器出口煙氣溫度一般在85～90℃之間，以滿足電除塵高效除塵要求。

（3）為避免管式GGH煙氣冷卻器換熱管發(fā)生低溫腐蝕，需保證換熱管內(nèi)的水溫滿足一定要求，一般要求控制在70℃以上。

為達(dá)到以上目的，系統(tǒng)的控制方式是：通過煙氣冷卻器的進(jìn)水調(diào)節(jié)閥和進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)熱媒水流量將煙氣冷卻器出口的煙氣溫度控制在85～90℃之間；在低負(fù)荷情況下，通過輔助蒸汽加熱調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)輔助蒸汽的補(bǔ)充量，控制煙氣加熱器出口煙氣溫度達(dá)到75～80℃或者控制煙氣冷卻器出水溫度達(dá)到70℃以上。由此，系統(tǒng)組態(tài)邏輯主要是3個調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)回路的設(shè)計。

3.2 煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥

煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥，作為煙氣冷卻器的第一個調(diào)節(jié)控制，主要是控制煙氣冷卻器的吸熱量，即：煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥全開時，煙氣冷卻器達(dá)到最大吸熱量。調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定遵循以下原則：

（1）滿負(fù)荷時，煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥全關(guān)，能將煙氣冷卻器出口煙溫控制在煙氣露點(diǎn)溫度（94℃）以下。

（2）最低負(fù)荷時，煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥全關(guān)，煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥全開，使煙氣冷卻器出口煙溫保持在煙氣過腐蝕點(diǎn)（85℃）以上。

由于煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥的控制對象也是煙氣冷卻器出口煙溫，為免出現(xiàn)煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥和煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)“交叉混亂”現(xiàn)象，在初期調(diào)試時旁路閥調(diào)節(jié)以機(jī)組負(fù)荷為依據(jù)，具體如圖2所示。

圖2 不同負(fù)荷時的冷卻器進(jìn)水旁路閥開度

該策略總體上能滿足粗調(diào)的要求。但機(jī)組負(fù)荷在810～900 MW區(qū)間時，煙氣冷卻器進(jìn)口煙溫高（超過137℃），出口煙溫容易超過94.5℃，從理論來說此時閥位應(yīng)該關(guān)小直至0，而根據(jù)負(fù)荷-閥位曲線，旁路調(diào)節(jié)閥將維持在10%左右開度無法繼續(xù)關(guān)小，導(dǎo)致煙氣冷卻器出口煙溫?zé)o法調(diào)節(jié)而超溫。

對控制策略作調(diào)整，改成主要以煙氣冷卻器入口煙溫最高點(diǎn)作為閥位依據(jù)（詳見圖3），在上述閥位上疊加生成新的閥位指令。最終的控制策略如圖4所示。圖4中的切換條件為當(dāng)煙氣冷卻器入口煙溫最高值在134～138℃之間，且負(fù)荷小于810 MW。

圖3 空預(yù)器不同出口溫度時冷卻器進(jìn)水旁路閥開度

3.3 煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥

煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥作為煙氣冷卻器的第二個調(diào)節(jié)控制，主要控制不同負(fù)荷工況下煙氣冷卻器出口煙溫在合理區(qū)間（94～85.6℃）內(nèi)，相對第一個調(diào)節(jié)更為精細(xì)。當(dāng)調(diào)節(jié)不能滿足系統(tǒng)工況時，需配合煙氣冷卻器進(jìn)水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)煙氣冷卻器性能。

因此，煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥主要是與煙氣冷卻器出口煙溫的閉環(huán)調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥開度，保證煙氣冷卻器出口煙溫達(dá)到設(shè)計值。實際調(diào)試期間，為避免系統(tǒng)的調(diào)節(jié)遲滯，加入了機(jī)組負(fù)荷和煙氣冷卻器出口煙溫實測值與設(shè)定值的溫差作為前饋。

3.4 輔助蒸汽加熱調(diào)節(jié)閥

在運(yùn)行的不同階段，輔助蒸汽加熱調(diào)節(jié)閥應(yīng)分別調(diào)節(jié)不同的對象，因此設(shè)計有3個閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)輔助蒸汽加熱調(diào)節(jié)閥開度，使煙氣加熱器出口煙溫、煙氣冷卻器出口水溫、煙氣加熱器出口水溫均達(dá)到設(shè)計值。

從煙氣冷卻器和煙氣加熱器全循環(huán)升溫、煙氣冷卻器隔離和煙氣加熱器循環(huán)升溫，兩個運(yùn)行模式來看，雖然控制對象有所調(diào)整，但是系統(tǒng)的最低溫度下限點(diǎn)是輔助蒸汽加熱器入口水溫，該點(diǎn)保證溫度，系統(tǒng)各點(diǎn)的水溫都能滿足設(shè)計要求。因此實際組態(tài)時，僅做了輔助蒸汽加熱調(diào)節(jié)閥與煙氣加熱器出口煙溫、輔助蒸汽加熱器入口水溫的兩個閉環(huán)調(diào)節(jié)。

實際運(yùn)行過程中，輔助蒸汽加熱調(diào)節(jié)閥與煙氣加熱器出口煙溫的閉環(huán)調(diào)節(jié)，由于工藝過程經(jīng)歷蒸汽與熱媒水之間的換熱、熱媒水與煙氣之間的換熱，閉環(huán)調(diào)節(jié)滯后比較嚴(yán)重，調(diào)節(jié)性能不佳。因此，加入了機(jī)組負(fù)荷作為前饋。

圖4 冷卻器進(jìn)水旁路閥控制策略

圖5 改進(jìn)后的控制效果趨勢

4 管式GGH調(diào)試后的投運(yùn)效果

管式GGH投運(yùn)后的控制效果如圖5所示，無論是穩(wěn)態(tài)工況還是變負(fù)荷工況下，煙氣冷卻器出口溫度均控制在92℃附近。在800～900 MW升負(fù)荷過程中，煙氣冷卻器入口溫度上升，煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥開度迅速增加，最終煙氣冷卻器出口溫度仍然控制在92℃。隨著負(fù)荷的升高，煙氣冷卻器旁路調(diào)節(jié)閥開度逐漸關(guān)小，直至全關(guān)。

5 結(jié)語

了解管式GGH系統(tǒng)在啟動階段、運(yùn)行階段和停運(yùn)階段的控制模式，有利于更好地指導(dǎo)運(yùn)行控制。在實際運(yùn)行中還需注意的是：

（1）合理控制管式GGH煙氣冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥組，保證不同的管式GGH煙氣冷卻器出口煙溫保持協(xié)調(diào)一致。

（2）準(zhǔn)確設(shè)定管式GGH系統(tǒng)啟動階段的控制模式，保證整個系統(tǒng)在全負(fù)荷范圍內(nèi)滿足設(shè)計要求，防止換熱管的結(jié)露腐蝕。

[1]王穎聰.濕法脫硫煙氣石膏雨成因分析及處理方案綜述[J].華北電力技術(shù)，2012（10）∶68-71.

[2]武文江.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[3]張杰，任艷，張康，等.熱管式GGH取代回轉(zhuǎn)式GGH的可行性分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2010，29（5）∶66-68.

[4]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].中國電力，2012（2）∶52-55.

[5]張瑞卿，楊海瑞，呂俊復(fù).兩級式低溫?zé)煔鈸Q熱器運(yùn)行效果評價[J].動力工程學(xué)報，2013，33（8）∶613-618.

[6]李紅，張全勝.燃煤火電廠脫硫系統(tǒng)煙氣換熱器密封技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備，2014，28（4）∶310-312.

（本文編輯：陸 瑩）

Study on the Tubular GGH Control Modes for Ultra-low Gas Emission of Coal-fired Power Plants

YU Fengping1，LI Qingyi1，JIN Jun2，CHEN Wenhua1
（1.Zhejiang Tiandi Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China；2.Zhejiang Zheneng Jiaxing Power Generation Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314201，China）

To eliminate air leakage rate of rotary GGH （gas gas heater），many coal-fired power plants have adopted tubular GGH.As tubular GGH is seldom used and the relevant control and operation experience is insufficient.The paper introduces structure of tubular GGH and the control modes for units startup,operation and shutdown as well as main control circuits.The operation result of tubular GGH shows that gas temperature at the gas cooler outlet can be maintained at about 92℃and the system is in sound operation.

ultra-low emission；tubular GGH；control mode；operation

TK323

B

1007-1881（2015）09-0062-04

2015-06-16

俞峰蘋（1979），女，工程師，從事脫硫脫硝除塵控制專業(yè)技術(shù)工作。