基于排煙溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的白色煙羽治理節(jié)能優(yōu)化

姚國(guó)華，金 閃

(上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200137)

某發(fā)電廠兩臺(tái)900 MW超臨界直流燃煤鍋爐采用煙氣濕法脫硫技術(shù)進(jìn)行SO2治理。該技術(shù)具有脫硫效果明顯、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且成本合適等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)脫硫吸收塔后被增濕冷卻，容易在煙囪出口處形成白色煙羽，而煙羽中所含有的少量硫酸鈣沉降到地面會(huì)引起石膏雨現(xiàn)象而造成污染[1]。上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司于2015年底對(duì)鍋爐進(jìn)行超凈排放改造，降低煙塵排放并消除白色煙羽現(xiàn)象。

1 白色煙羽生成機(jī)理

濕法脫硫工藝過(guò)程中，脫硫吸收塔內(nèi)噴嘴向快速流動(dòng)的高溫?zé)煔鈬姙⒚摿驖{液，漿液與煙氣充分接觸后在其反應(yīng)過(guò)程中煙氣被增濕冷卻，漿液的大量蒸發(fā)提高了煙氣含濕量。另外，煙氣飽和濕度隨著煙溫的迅速下降而降低，即使經(jīng)過(guò)幾級(jí)除霧器有效過(guò)濾尾部煙道內(nèi)濕煙氣仍然接近飽和，其含濕量超過(guò)大氣環(huán)境飽和濕度，一旦濕煙氣從煙囪出口排入大氣就會(huì)發(fā)生凝結(jié)霧化現(xiàn)象。

圖1 煙氣狀態(tài)變化溫濕圖展示

2 白色煙羽治理和存在問(wèn)題

通過(guò)提高濕煙氣中水蒸汽飽和濕度即可避免產(chǎn)生白色煙羽，為保障脫硫效率和鍋爐熱效率，目前主要采用換熱加熱法消除白色煙羽[3]。其原理是通過(guò)加熱提高排煙初參數(shù)，將尾部煙溫從點(diǎn)A加熱到大于點(diǎn)E后再排出，圖1中擴(kuò)散段ED位于濕煙氣飽和含濕量曲線之下，煙氣中水蒸汽在大氣中擴(kuò)散時(shí)不會(huì)因達(dá)到飽和而凝結(jié)。換熱加熱法采用換熱器交換煙氣熱量，降低濕法脫硫工藝的熱量損失。目前，水汽換熱器應(yīng)用最廣，設(shè)備簡(jiǎn)單、長(zhǎng)期投資小、熱效率高且易用維護(hù)。

該公司采用技術(shù)成熟的MGGH方法對(duì)鍋爐進(jìn)行改造，煙氣流程圖見(jiàn)圖2。在靜電除塵器之前增加煙氣冷卻器，脫硫吸收塔出口增加煙氣加熱器，其以水為媒介，從而實(shí)現(xiàn)超凈排放項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)中低低溫電除塵、高效脫硫以及白色煙羽治理，同時(shí)降低濕法脫硫工藝造成的熱損失。

圖2 煙氣流程圖

按照國(guó)家白色煙羽治理措施中規(guī)定采用煙氣加熱法的公司正常排煙溫度應(yīng)維持在75℃以上，冬季低溫天氣和重污染預(yù)警啟動(dòng)時(shí)煙溫維持在78℃以上。由于環(huán)境參數(shù)和機(jī)組運(yùn)行工況是連續(xù)變化的，滿(mǎn)足一定條件時(shí)即使排煙溫度小于環(huán)保定值75℃也不會(huì)產(chǎn)生白色煙羽，如果要滿(mǎn)足75℃定值運(yùn)行經(jīng)常需要消耗大量的輔汽來(lái)彌補(bǔ)加熱器熱量，造成機(jī)組熱效率降低，運(yùn)行成本上漲。

3 最小排煙溫度計(jì)算

為最大限度降低排煙損失并節(jié)約機(jī)組輔汽，需要計(jì)算出機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中大氣環(huán)境所對(duì)應(yīng)的最小排煙溫度同時(shí)保證沒(méi)有白色煙羽產(chǎn)生，即圖1中擴(kuò)散段ED與飽和水蒸汽分壓力下濕煙氣飽和含濕量曲線的切點(diǎn)。該溫度受到環(huán)境的溫度、相對(duì)濕度、壓力和排煙濕度等動(dòng)態(tài)變量的影響。

為方便編程且保證計(jì)算準(zhǔn)確性，選取Buck公式計(jì)算濕煙氣中飽和水蒸氣分壓力[4-5]：

(1)

含濕量公式為

(2)

式中φ——相對(duì)濕度，%。

排煙高度下大氣壓力為

p=101.325-ρgh，kPa

(3)

式中h——取煙囪幾何高度，m。

煙囪溫降[5]為

Δθ=Δθth+Δθh，℃

(4)

式中 Δθth——煙囪熱力學(xué)溫降；Δθh——散熱溫降，℃。

煙囪50 m處和脫硫吸收塔出口均安裝有測(cè)點(diǎn)，可測(cè)得煙氣濕度φ′和脫硫吸收塔出口溫度tout。依據(jù)尾部煙道含濕量不變?yōu)榍疤?，可以?jì)算兩種理論最小排煙溫度。因此，將環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和煙囪出口壓力等各種已知參數(shù)代入式(1)～式(4)，用Matlab軟件計(jì)算出不同環(huán)境參數(shù)和運(yùn)行工況條件下的所有理論最小排煙溫度。

在2017年下半年對(duì)兩臺(tái)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中白色煙羽消失狀況進(jìn)行記錄，并與計(jì)算得出理論最小排煙溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，摘取有代表性的幾組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和表2。另外，計(jì)算過(guò)程中煙囪出口環(huán)境濕度減少量忽略不計(jì)。

由于煙氣濕度φ'測(cè)點(diǎn)僅為一個(gè)，正常運(yùn)行中變化較大且兩臺(tái)機(jī)組φ'值有明顯差異，因此得出兩個(gè)理論最小排煙溫度值明顯不同。但當(dāng)除霧器差壓高時(shí)，煙氣濕度明顯偏大，濕煙氣中含有液滴，因此φ'值波動(dòng)能夠準(zhǔn)確反應(yīng)尾部煙氣濕度變化。脫硫吸收塔出口煙道溫度tout測(cè)點(diǎn)有6個(gè)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，當(dāng)兩臺(tái)鍋爐燃燒工況一致時(shí)脫硫吸收塔出口溫度基本相同，以此計(jì)算得到的最小排煙溫度值接近。表1和表2計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，除霧器不能完全除去濕煙氣中凝結(jié)的液滴，需要兩種計(jì)算方式相結(jié)合，其準(zhǔn)確率大于90%。因此，利用煙氣濕度φ'和脫硫吸收塔出口tout分別計(jì)算的結(jié)果可以設(shè)定排煙溫度，為實(shí)際運(yùn)行中白色煙羽治理節(jié)能優(yōu)化提供理論依據(jù)。

表1 5號(hào)爐煙羽觀察試驗(yàn)

表2 6號(hào)爐煙羽觀察試驗(yàn)

4 結(jié)語(yǔ)

上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司目前已經(jīng)按照理論最低排煙溫度計(jì)算結(jié)果設(shè)定了排煙溫度，并委托超凈排放控制系統(tǒng)制作公司將該算法應(yīng)用到控制系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐在線排煙溫度設(shè)定自動(dòng)化。應(yīng)用該技術(shù)可在低負(fù)荷期間有效降低排煙溫度5℃，節(jié)約煤耗0.6 g/kWh，在保障環(huán)保指標(biāo)的同時(shí)提高了熱效率，節(jié)約了發(fā)電成本。