重力熱管技術(shù)在燃煤電廠MGGH系統(tǒng)的應(yīng)用

彭文華

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000）

0 引言

石灰石-石膏濕法脫硫工藝因其脫硫效率高、成本低、技術(shù)成熟等突出優(yōu)點(diǎn)，在燃煤發(fā)電機(jī)組得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。鍋爐尾部煙氣經(jīng)除塵后進(jìn)入脫硫塔噴淋脫硫，煙溫降至50 ℃左右，而后飽和濕煙氣經(jīng)煙囪進(jìn)入大氣環(huán)境，由于煙氣溫度低于大氣環(huán)境溫度，飽和濕煙氣遇冷后凝結(jié)成大量粒徑在1 μm左右的微小液滴，這就是平常所見(jiàn)的燃煤電廠煙囪冒出的長(zhǎng)長(zhǎng)的“白煙”，即所謂“濕煙羽”[4-5]。此外，脫硫后煙氣濕度高、溫度較低，容易對(duì)出口煙道和煙囪造成腐蝕[6-8]。為了消除“濕煙羽”現(xiàn)象產(chǎn)生的視覺(jué)污染及腐蝕問(wèn)題，燃煤電廠采取的措施之一便是利用蒸汽對(duì)脫硫塔出口飽和濕煙氣進(jìn)行加熱，提升溫度后再進(jìn)行排放。該方式會(huì)增加機(jī)組能耗，基于此，MGGH（Mitsubishi Gas-Gas Heater）煙氣余熱回收及再熱裝置系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其利用空預(yù)器出口120～150 ℃的煙氣加熱熱媒水，再通過(guò)熱媒水加熱脫硫出口煙氣，實(shí)現(xiàn)一舉多得的目的。

1 傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)概述

MGGH系統(tǒng)作為燃煤電廠治理濕煙羽排放的有效手段，其核心設(shè)備就是前置熱回收器和后置再加熱器。傳統(tǒng)熱回收器與再加熱器均為管殼式熱媒水換熱器，熱回收器通常布置在電除塵器前，再加熱器布置在脫硫塔之后，圖1所示為傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)濕煙羽控制，還可將電除塵器入口煙氣溫度降至低低溫狀態(tài)，降低煙塵比電阻，有效提高電除塵器電場(chǎng)二次電壓，提高除塵效率。煙氣溫度降低也使得煙氣流量減小，電除塵器電耗降低，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中SO3、Hg等污染物的高效、協(xié)同捕集。另外，煙氣溫度降低能夠大大減少后續(xù)脫硫的耗水量。

圖1 傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)

通過(guò)上述分析可知，傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)熱回收器布置在電除塵器前有諸多益處，但在工程應(yīng)用中也逐步暴露出一些嚴(yán)重的缺陷，其中最為致命的是熱回收器換熱管磨損、腐蝕等因素導(dǎo)致的熱媒水泄漏問(wèn)題。傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)熱回收器采用的是管殼式換熱器，某處出現(xiàn)泄漏點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)的熱媒水源源不斷地泄漏進(jìn)入煙道，甚至泄漏至電除塵器中，引發(fā)煙風(fēng)道系統(tǒng)及灰斗輸灰堵塞，進(jìn)而威脅到整個(gè)低低溫電除塵系統(tǒng)的安全運(yùn)行，最終不得不停運(yùn)出現(xiàn)故障的MGGH系統(tǒng)。

2 重力熱管式MGGH系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 基本概況

某330 MW亞臨界自然循環(huán)燃煤鍋爐發(fā)電機(jī)組，采用亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包爐，鍋爐型號(hào)為DG1036/18.2-Π4，為一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型爐。為消除煙囪濕煙羽并提高電除塵器的除塵效率，安裝了傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)，熱回收器采用管殼式熱媒水換熱器，布置在電除塵器前，運(yùn)行若干年后，熱回收器換熱管磨損嚴(yán)重，使得機(jī)組熱媒水泄漏至煙道，影響機(jī)組安全運(yùn)行，電廠不得不停運(yùn)熱回收器，轉(zhuǎn)而依靠蒸汽加熱熱媒水來(lái)消除濕煙羽，造成電廠煤耗增加。此外，熱回收器的停運(yùn)，造成進(jìn)入電除塵器入口的煙氣溫度過(guò)高，電除塵效率下降，鍋爐熱損失增大。由于傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)存在弊端，基于重力熱管技術(shù)的新型MGGH系統(tǒng)得到了開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

2.2 重力熱管式MGGH系統(tǒng)應(yīng)用

為防止熱媒水泄漏導(dǎo)致MGGH系統(tǒng)故障引發(fā)一系列不良后果，開(kāi)發(fā)一套熱媒水無(wú)泄漏的新型MGGH系統(tǒng)顯得尤為重要。而采用重力熱管技術(shù)的熱回收器能夠?qū)崿F(xiàn)熱媒水無(wú)泄漏安全穩(wěn)定運(yùn)行，這主要得益于重力熱管工作原理及其特有的結(jié)構(gòu)，圖2所示為重力熱管式熱回收器結(jié)構(gòu)示意圖。熱管為一根兩端密封的管子，內(nèi)部抽成真空狀態(tài)并注入少量液態(tài)換熱工質(zhì)，液態(tài)工質(zhì)在煙氣側(cè)吸熱汽化后蒸發(fā)上升至熱媒水側(cè)，被熱媒水冷卻后放熱液化，液化工質(zhì)受到重力作用又重新流到煙氣側(cè)吸收熱量，如此往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量傳遞[9-10]。熱管的煙氣側(cè)和熱媒水側(cè)兩部分由隔板分隔，煙氣在下方流通，熱媒水在上方流通，互不干涉。此外，熱媒水側(cè)還設(shè)置了單獨(dú)的流通通道，該通道與隔板互不相通，多重隔離最終確保了熱媒水無(wú)法泄漏至煙道。此外，每根重力熱管獨(dú)立進(jìn)行傳熱，管內(nèi)工質(zhì)互不相通，某根熱管磨損或腐蝕后，熱管內(nèi)部少量工質(zhì)泄漏至高溫?zé)煔庵醒杆僬舭l(fā)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行無(wú)影響，且對(duì)熱回收器換熱效率影響小。

圖2 重力熱管式熱回收器結(jié)構(gòu)示意圖

該電廠原有MGGH系統(tǒng)故障集中于電除塵器前的熱回收器，其余大部分設(shè)備均能達(dá)到運(yùn)行要求，為保證項(xiàng)目合理投資，改造過(guò)程中可對(duì)MGGH系統(tǒng)中無(wú)須更換的設(shè)備進(jìn)行再利用。圖3所示為新型重力熱管式MGGH系統(tǒng)，在電除塵器進(jìn)口喇叭前煙道位置安裝重力熱管式熱回收器，熱媒水與熱煙氣通過(guò)熱管式熱回收器進(jìn)行熱交換，使得電除塵器入口的運(yùn)行溫度降至低低溫狀態(tài)。熱媒水取自機(jī)組除鹽水，熱媒水進(jìn)入重力熱管式熱回收器吸收煙氣余熱，加熱后的熱媒水通過(guò)增壓泵輸送至再加熱器加熱脫硫出口濕煙氣，使得煙囪出口煙氣溫度上升，熱媒水在再加熱器放熱后返回至重力熱管式熱回收器重新吸收煙氣熱量，如此往復(fù)循環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)MGGH系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，消除煙囪濕煙羽，降低除塵器入口煙氣溫度，達(dá)到一舉多得、節(jié)能減排的目的。

圖3 重力熱管式MGGH系統(tǒng)

3 應(yīng)用效果分析

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及布置方案

本次改造所使用的煤質(zhì)分析如表1所示。

表1 煤質(zhì)及灰分分析

表2為熱管式熱回收器性能參數(shù)表，重力熱管式熱回收器采用鉛錘布置，在滿負(fù)荷情況下應(yīng)使煙氣溫度由135 ℃降至90 ℃，同時(shí)滿足煙氣阻力要求，能保證進(jìn)入再加熱器熱媒水的水溫，確保再加熱器能將濕煙氣加熱至合理溫度后排放。

基于上述設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)重力熱管式熱回收器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)重力熱管式熱回收器進(jìn)行布置，重力熱管式熱回收器模塊安裝布置圖如圖4所示。單個(gè)煙道熱管式熱回收器沿?zé)煔夥较蚍殖汕?、后兩個(gè)換熱區(qū)，垂直煙氣方向設(shè)置4組換熱模塊，單個(gè)煙道設(shè)置8個(gè)換熱模塊，4個(gè)煙道總計(jì)32個(gè)換熱模塊。該布置方式確保了每個(gè)模塊相互獨(dú)立，均能夠單獨(dú)抽出，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)模塊檢修、更換處理功能。

圖4 重力熱管式熱回收器模塊安裝布置圖

3.2 結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷為330 MW時(shí)投運(yùn)MGGH系統(tǒng)，重力熱管式熱回收器入口煙溫由149 ℃降至100.5 ℃，降溫幅度達(dá)到48.5 ℃，雖然與設(shè)計(jì)值有所偏差，但是降溫幅度滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)重力熱管式熱回收器吸收熱量用于加熱脫硫后濕煙氣，脫硫塔出口煙氣溫度為50.4 ℃，經(jīng)升溫后最終達(dá)到75 ℃左右排放。從圖5白煙分析焓濕圖可以看出，在當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁叵拢?8 ℃，78%RH，對(duì)應(yīng)圖中O點(diǎn)）煙溫從50.4 ℃（A點(diǎn)）升至75 ℃（B點(diǎn)）可消除白煙，冬季環(huán)境溫度較低情況下也可大大減輕白色煙羽現(xiàn)象。

圖5 白煙分析焓濕圖

因此，基于重力熱管技術(shù)的MGGH系統(tǒng)的投運(yùn)，不僅使得煙囪排放濕煙羽得到了有效控制，還讓煙氣余熱得到了充分利用，提高了電除塵器的除塵效率，降低了電除塵器的耗電量，性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求，真正做到節(jié)能減排，符合當(dāng)前雙碳背景下的降碳要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于重力熱管技術(shù)的新型MGGH系統(tǒng)相比于原有傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢(shì)。其中最重要的是重力熱管式熱回收器徹底解決了傳統(tǒng)管殼式熱媒水熱回收器泄漏導(dǎo)致的一系列問(wèn)題，保證了整個(gè)MGGH系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，消除了白色煙羽排放；其次，基于重力熱管技術(shù)的MGGH系統(tǒng)在回收煙氣余熱以及提高電除塵器除塵效率、降低電耗方面也表現(xiàn)突出。新型重力熱管式MGGH系統(tǒng)的應(yīng)用給電廠超低排放帶來(lái)了諸多益處，在330 MW燃煤機(jī)組的成功運(yùn)行也標(biāo)志著該技術(shù)日趨成熟，為燃煤發(fā)電機(jī)組傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)升級(jí)為新型重力熱管式MGGH系統(tǒng)發(fā)揮了較好的示范作用。