WGGH系統(tǒng)在600 MW燃煤機(jī)組中的應(yīng)用分析

袁名達(dá)，王 軍

(華能珞璜發(fā)電有限責(zé)任公司，重慶 402260)

在響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策的前提下，根據(jù)2014年國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部、國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)文件《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》(發(fā)改能源〔2014〕2093號(hào))的要求[1]，為了使現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到大氣污染物排放濃度標(biāo)準(zhǔn)及燃?xì)廨啓C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)(即在基準(zhǔn)氧含量6%的條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3)[2]， 加快現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造步伐，將東部地區(qū)原計(jì)劃2020年前完成的超低排放改造任務(wù)提前至2017年前總體完成。2017年，華能珞璜電廠對(duì)三期機(jī)組進(jìn)行了脫硫、脫硝及電除塵系統(tǒng)環(huán)保改造，新增了水煤式煙氣換熱系統(tǒng)(WGGH系統(tǒng))。機(jī)組改造運(yùn)行后，達(dá)到了國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)降低鍋爐排煙溫度，減少鍋爐排煙熱損失，而且能回收利用煙氣余熱，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗及環(huán)保指標(biāo)要求[3]，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 WGGH原理及系統(tǒng)組成

1.1 WGGH原理

WGGH系統(tǒng)設(shè)備主要由煙氣冷卻器和煙氣再熱器組成，二者之間通過熱媒水傳熱，將空預(yù)器出口高溫?zé)煔獾臒崃總鬟f給FGD出口的低溫?zé)煔猓陔姵龎m器入口煙道布置煙氣冷卻器，煙氣冷卻器出口煙溫控制在90±1 ℃，變負(fù)荷工況不應(yīng)低于90 ℃(排煙溫度低時(shí)有控制或切除措施)。降低除塵器入口煙氣溫度并利用煙氣、粉塵特性以達(dá)到更好的除塵效果。循環(huán)泵將熱媒水依次輸送到布置在脫硫吸收塔后煙道內(nèi)的煙氣再熱器、一次風(fēng)暖風(fēng)器、二次風(fēng)暖風(fēng)器和凝結(jié)水加熱器，回收的煙氣熱量用于將脫硫后的凈煙氣加熱到85 ℃。通過煙氣再熱器將凈煙氣溫度提升，可消除煙囪冒白煙和石膏雨現(xiàn)象，同時(shí)減輕尾部煙道、煙囪、風(fēng)門擋板等設(shè)備的腐蝕。相比回轉(zhuǎn)式GGH，WGGH不存在漏風(fēng)現(xiàn)象，因而SO2的排放濃度減小，進(jìn)入煙囪的凈煙氣溫度升高有利于減少污染的擴(kuò)散。多余熱量用于加熱一、二次冷風(fēng)，一、二次風(fēng)溫的提高改善了爐內(nèi)燃燒條件，提高了鍋爐熱效率[4]。如果熱量還有剩余，則把剩余熱量送入凝結(jié)水換熱系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)能降耗效果，低負(fù)荷階段熱量不足部分則由輔助蒸汽加熱系統(tǒng)提供。

1.2 WGGH系統(tǒng)組成

華能珞璜電廠三期WGGH系統(tǒng)主要由煙氣冷卻器、煙氣再熱器、一次風(fēng)暖風(fēng)器、二次風(fēng)暖風(fēng)器、熱媒水泵、凝結(jié)水增壓泵、熱媒水加熱器、凝水加熱器、穩(wěn)壓水箱、補(bǔ)水系統(tǒng)、管道閥門、吹灰器控制系統(tǒng)、DCS控制系統(tǒng)等組成[5]，具體見圖1。

圖1 WGGH系統(tǒng)組成簡(jiǎn)圖

1.2.1 煙氣冷卻器

煙氣冷卻器每爐2臺(tái)，分別布置在脫硝裝置兩側(cè)的空預(yù)器出口與電除塵器入口煙道之間，煙氣冷卻器采用加強(qiáng)換熱的翅片管，煙氣冷卻器煙道壁板選用09CrCuSb材料(以下簡(jiǎn)稱“ND鋼”)，厚度不小于6 mm；換熱管的材質(zhì)按換熱面積分為3種：煙氣流經(jīng)的前段20%面積為20G鋼，中間30%面積為ND鋼，后段50%面積為022Cr17Ni12Mo2材料(以下簡(jiǎn)稱“316 L不銹鋼”)，煙氣冷卻器入口設(shè)置2排同規(guī)格的20G鋼假管；煙氣冷卻器的管板、聯(lián)箱等附件采用與換熱管相同的材質(zhì)，由于煙塵含量較高，煙冷器部分每臺(tái)設(shè)置8臺(tái)吹灰器，共16臺(tái)，設(shè)計(jì)為雙吹模式(AB兩側(cè)同時(shí)逐臺(tái)進(jìn)行吹灰)，母管壓力控制在1.5 MPa左右。

1.2.2 煙氣再熱器

煙氣再熱器每爐1臺(tái)，布置在引風(fēng)機(jī)出口至煙囪煙道之間，煙氣再熱器采用分段設(shè)計(jì)方式(見圖2)。煙氣加熱器前部設(shè)置獨(dú)立的快速升溫裝置，經(jīng)過快速升溫裝置后煙氣溫升保證不低于10 ℃，管排數(shù)不低于3排，采用022Cr22Ni5Mo3N材質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱“2205材質(zhì)”)光管布置，管內(nèi)采用輔助蒸汽作為熱源，疏水進(jìn)行回收。

圖2 煙氣再熱器布置圖

在煙溫最低的入口設(shè)置光管段，換熱管排不少于36排，采用2205材質(zhì)，基管壁厚2.5 mm，錯(cuò)列布置。第二列采用316 L不銹鋼光管，管排數(shù)量不少于36排，基管壁厚2.5 mm。第三列采用316 L不銹鋼翅片管，基管壁厚不小于3 mm，翅片與基管材質(zhì)相同，翅片厚度不小于2 mm，采用螺旋翅片管。煙氣再熱器底板、側(cè)板、頂板及內(nèi)部支撐鋼結(jié)構(gòu)全部采用2 mm厚的2205材質(zhì)不銹鋼板塞焊貼襯，大小頭等其他范圍采用鱗片樹脂防腐。

1.2.3 WGGH熱媒水系統(tǒng)

WGGH熱媒水系統(tǒng)設(shè)置3臺(tái)循環(huán)泵(2運(yùn)1備)，1個(gè)循環(huán)水箱，循環(huán)水由補(bǔ)水泵輸送進(jìn)入循環(huán)水箱，從循環(huán)水箱接出至循環(huán)泵入口，經(jīng)泵升壓后進(jìn)入鍋爐煙氣冷卻器，加熱后的循環(huán)水進(jìn)入煙氣再熱器加熱低溫?zé)煔猓?jīng)煙氣再熱器冷卻后的冷卻水回水到循環(huán)泵入口。另外設(shè)置1個(gè)蒸汽輔助加熱器和凝結(jié)水加熱器，在機(jī)組啟動(dòng)、機(jī)組低負(fù)荷時(shí)投運(yùn)。

循環(huán)水箱用于維持熱媒水閉式循環(huán)內(nèi)部壓力穩(wěn)定，在運(yùn)行過程中，當(dāng)溫度降低導(dǎo)致水容積減少時(shí)可進(jìn)行補(bǔ)給，正常運(yùn)行時(shí)熱媒水一般不需補(bǔ)充和疏放，但應(yīng)控制好液位，液位低于0.5 m補(bǔ)水門自動(dòng)打開進(jìn)行補(bǔ)水，高于2 m補(bǔ)水門自動(dòng)關(guān)閉。

1.2.4 凝結(jié)水換熱系統(tǒng)

WGGH系統(tǒng)設(shè)置了一套凝結(jié)水換熱器，采用管式換熱器，每爐1套，還有2臺(tái)凝結(jié)水增壓泵。當(dāng)WGGH系統(tǒng)熱量有過剩時(shí)，多余的熱量通過該系統(tǒng)送入凝結(jié)水系統(tǒng)，達(dá)到一定的節(jié)能效果，凝結(jié)水從凝結(jié)水軸封加熱器出口引出，經(jīng)凝結(jié)水換熱系統(tǒng)引入6#低加入口凝結(jié)水管道。

熱媒水側(cè)流量由出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，凝結(jié)水側(cè)流量由凝結(jié)水增壓泵變頻控制。

1.2.5 蒸汽輔助加熱器

蒸汽輔助加熱器采用管式換熱器，每爐1套，當(dāng)系統(tǒng)熱量不足時(shí)(啟動(dòng)工況、低負(fù)荷工況、冬季工況、事故工況)，通過蒸汽輔助加熱器加熱熱媒水，將熱媒水溫度加熱到70～85 ℃，通過回水疏水調(diào)門控制加熱效果，蒸汽加熱汽源為電廠輔汽。

1.2.6 一、二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)

每臺(tái)爐配置4臺(tái)暖風(fēng)器，分別布置在每臺(tái)送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)與空預(yù)器之間的管道，采用管式換熱器，使用20G翅片換熱管，管壁厚度3 mm，翅片厚度不小于2 mm，使用循環(huán)熱媒水加熱冷風(fēng)一、二次風(fēng)暖風(fēng)器。一、二風(fēng)暖風(fēng)器的出口風(fēng)溫由進(jìn)水調(diào)節(jié)閥控制，進(jìn)水調(diào)閥開大，出口風(fēng)溫升高；進(jìn)水調(diào)閥關(guān)小，出口風(fēng)溫降低。

2 運(yùn)行中存在的問題及解決方案

1)WGGH系統(tǒng)投運(yùn)以來，一直存在頂部循環(huán)水箱溢流情況。這是因?yàn)橄到y(tǒng)水位受溫度和閥門狀態(tài)調(diào)整的影響，水位波動(dòng)范圍較大。當(dāng)系統(tǒng)溫度下降，系統(tǒng)水位也下降，低于0.2 m就開始補(bǔ)水，補(bǔ)水到2 m。因補(bǔ)水是在溫度低點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)溫度升高時(shí)，水位又會(huì)上升，液位計(jì)裝在罐上部分，當(dāng)水位低于0.5 m時(shí)，罐內(nèi)水位至少還有2 m可供補(bǔ)水，補(bǔ)水到2 m時(shí)，離溢流口只有60 cm，假設(shè)系統(tǒng)不耗水，那么溫度低時(shí)補(bǔ)入的水，在溫度升高后就會(huì)大量溢流，建議降低補(bǔ)水高位至1.5 m。

2)WGGH系統(tǒng)泄漏點(diǎn)較多，最下層易漏，原因?yàn)闊煔饽p，迎風(fēng)面均未裝防磨鐵，建議在迎風(fēng)面加裝防磨鐵。WGGH查漏方式為觀察熱媒水箱的補(bǔ)水情況，正常情況下，熱媒水箱不補(bǔ)水，如果發(fā)現(xiàn)熱媒水箱補(bǔ)水頻繁，24 h內(nèi)補(bǔ)水超過2次，可判斷出WGGH有泄露。WGGH每列有4組模塊，每組模塊又分高、中、低3個(gè)分區(qū)且均可以單獨(dú)隔離，確認(rèn)換熱器泄漏后，可采用分區(qū)隔離排除法進(jìn)行查漏，確認(rèn)后可暫時(shí)將泄漏分區(qū)隔離運(yùn)行[3]。

3)現(xiàn)WGGH系統(tǒng)運(yùn)行后，煙再器出口溫度均能維持在72 ℃以上，煙囪出口白煙消除，建議運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量提高煙氣再熱器出口溫度，這樣可以提高煙囪出口處煙氣抬升高度和擴(kuò)散半徑，有效避免煙囪腐蝕(煙囪內(nèi)增加了抗腐蝕材料)。

4)因超低排放改造后，NOx排放量低于50 mg/Nm3，在機(jī)組啟動(dòng)初期及運(yùn)行中要嚴(yán)格控制氨逃逸量低于2×10-6，時(shí)刻監(jiān)視煙氣冷卻器進(jìn)出口壓差，壓差偏高時(shí)要及時(shí)調(diào)整，防止煙氣冷卻器堵塞，并應(yīng)按時(shí)定期吹灰；發(fā)現(xiàn)煙氣冷卻器壓差有上漲趨勢(shì)時(shí)，加強(qiáng)吹灰，制定干燒措施進(jìn)行煙氣冷卻器干燒處理。

5)凝結(jié)水換熱器換熱效果差，多余的熱量帶不走，導(dǎo)致機(jī)組在高負(fù)荷時(shí)，煙氣冷卻器進(jìn)口溫度超過75 ℃，電除塵入口煙氣溫度超過105 ℃，進(jìn)而影響除塵效果，建議及時(shí)啟動(dòng)凝結(jié)水增壓泵，調(diào)整凝結(jié)水增壓泵出力。

6)由于改造前電除塵器入口煙溫為148～155 ℃，改造后電除塵入口煙溫降至90 ℃左右，易造成電除塵陰極板腐蝕損壞，同時(shí)造成輸灰連續(xù)性變差，輸灰濕度增加，灰?guī)煲装褰Y(jié)。因此建議控制煙氣冷卻器出口溫度控制在95±2 ℃，冬季運(yùn)行時(shí)及時(shí)投入灰斗加熱裝置，加強(qiáng)輸灰監(jiān)視。

3 WGGH系統(tǒng)運(yùn)行方式和效果分析

3.1 WGGH系統(tǒng)運(yùn)行方式

冬季運(yùn)行方式：煙氣冷卻器出口煙溫90 ℃，回收的煙氣熱量首先保證煙氣再熱器出口煙溫達(dá)到85 ℃，然后保證一、二次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫50 ℃，如有剩余熱量則回收至凝結(jié)水系統(tǒng)。

夏季運(yùn)行方式：煙氣冷卻器出口煙溫90 ℃，回收的煙氣熱量首先保證煙氣再熱器出口煙溫72 ℃，剩余熱量回收至凝結(jié)水系統(tǒng)。

春秋季運(yùn)行方式：煙氣冷卻器出口煙溫90 ℃，回收的煙氣熱量首先保證煙氣再熱器出口煙溫72～85 ℃(溫度可調(diào))，一、二次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫40～70 ℃(溫度可調(diào))，如有剩余熱量回收至凝結(jié)水系統(tǒng)。

3.2 效果分析

系統(tǒng)改造完成后，進(jìn)行滿負(fù)荷工況及變工況運(yùn)行，與目標(biāo)值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，所有排放指標(biāo)都達(dá)到了國(guó)家燃煤機(jī)組超低排放要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1至表3所示。

表1 機(jī)組負(fù)荷600 MW各性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

表2 機(jī)組負(fù)荷450 MW各性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

表3 機(jī)組負(fù)300 MW各性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

4 結(jié)論

華能珞璜電廠三期機(jī)組通過WGGH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了脫硫和除塵的協(xié)同治理，達(dá)到了超凈排放要求，同時(shí)WGGH系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行過程中仍存在一些問題，本文對(duì)此提出了一些解決方案，值得同類型燃煤機(jī)組改造及運(yùn)行過程的借鑒。