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电厂湿法脱硫设置烟气再热系统GGH必要性探讨 老万锅炉

摘要:针对目前电厂湿法脱硫入口烟温高、脱硫耗水量大、脱硫效率低、烟囱腐蚀严重、及烟囱周围石膏雨等现象,本文对湿法脱硫装置前后设置烟气再热系统方案进行研究,提出设置烟气再热系统对湿法脱硫、烟道烟囱腐蚀的影响及对环境的影响。

一、引言

目前,我国电厂石灰石一石膏湿法脱硫(FGD)仍是主要脱硫方法,占92%以上。大多数不设置烟气再热系统。脱硫吸收塔入口烟气温度约在120~160℃之间,吸收塔出口净烟气温度一般在45~55℃之间。吸收塔入口烟温高,造成的主要影响有湿法脱硫装置耗水量大,脱硫效率低,吸收塔直径增大,投资造价升高。

吸收塔出口烟温低,一是烟气抬升的扩散能力低,在烟囱附近形成水雾,污染环境。二是烟气温度在露点以下,会有酸性液滴从烟气中凝结出来,既所谓的“石膏雨”现象,又会造成吸收塔出口下游设备低温腐蚀[1]。

二、烟气再热系统原理

目前电厂使用的烟气再热系统根据换热方式的不同可分为两种,一种是气—气换热器(GGH),另一种是热媒水作为介质循环的气—水—气换热器(MGGH)。

GGH主要有两种形式:

传统的回转式GGH和管式GGH。相较于回转式GGH,管式GGH没有烟气泄露。

传统的回转式GGH换热系统无换热介质,不是靠传导作用传热,而是通过回转的换热结构在原烟气区吸热,转至净烟气区时放热来实现热量传递的,结构上比较紧凑,烟气处理量大,但漏气量大。导致净烟气被污染,脱硫效率降低。另外,低温区的结垢和腐蚀也是一个常见的问题。目前电厂的超低排放改造中基本不再采用此种换热形式。

管式GGH原烟气通过管壁的热传导作用加热净烟气,无烟气泄露,但传热系数较小,烟气处理量小,易发生低温腐蚀。堵灰和磨损问题。

MGGH一般以水作为换热介质进行冷热烟气的换热。工质在密封的热管内部,在热流体端吸热,至冷流体段放热,同时热量通过管壁传导给管外的冷流体。该换热系统无泄漏,占地面积小,烟气冷却段和再热段可分别布置于脱硫前后烟道上,布置相对灵活,是一种很有发展前途的换热器。

以下以湿法脱硫装置前后设置MGGH系统对电厂的设计、运行影响进行分析。

三、设置MGGH对湿法脱硫系统水耗量的影响分析

目前电厂锅炉的排烟温度约在120~160℃之间。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这么高的排烟温度,对于大部分电厂均采用的石灰石一石膏湿法脱硫系统而言,需要在喷淋吸收塔内用大量的工艺水来降温,最终使烟气温度平衡到45—50℃左右后排放,这部分热量对于脱硫系统来说没有起到任何作用,属于白白浪费掉。

以某2×300MW电厂为例,进入FGD烟气温度原设计值为120℃时,脱硫系统耗水量为2×60t/h,后进行超低排放改造,增设MGGH系统后,脱硫入口烟气温度由120℃降低至90℃时,脱硫系统耗水量减少至2×40t/h.以年利用小时数5000小时计算,2×300MW机组年节约用水量约20万吨,以每吨脱硫用水3元计算,可年节约费用60万元。

四、设置MGGH对湿法脱硫效率的影响分析

设置MGGH可以降低吸收塔入口烟气温度。烟气温度对脱硫效率的影响主要是:脱硫效率随吸收塔进口烟气温度的降低而增加,这是因为一方面脱硫反应是放热反应,温度升高不利用脱除SO2化学反应的进行,另一方面,吸收塔的烟气温度越低,越有利于SO2气体溶于浆液,形成HSO3-;因此,石灰石湿法烟气脱硫系统中,可采用MGGH装置,降低吸收塔入口烟气温度,以提高脱硫效率。

增设MGGH烟气温度由120℃降低至90℃,经计算,进入FGD工况下烟气量减少约8%,对改造项目,不改变吸收塔直径的情况下,烟气流速降低,烟气与吸收塔浆液反应时间增加,有利于提高脱硫效率。另外,烟气流速降低有利于吸收塔除雾器的性能保证,烟气携带液滴含量减小,石膏雨产生几率减小,同时会减少吸收塔内压力损失。对新建项目,则可以减小吸收塔直径,从而减小吸收塔的体积,投资造价会降低。

五、设置MGGH对湿法脱硫后烟囱防腐的影响分析

湿法脱硫后烟气应为强腐蚀性湿烟气;湿法脱硫烟气经过MGGH再加热后的烟气应为强腐蚀性潮湿烟气。2008年以来,湿烟气(烟囱脱硫改造工程或新建脱硫烟囱工程)单筒式烟囱出现了较严重的渗漏腐蚀现象,有的已威胁到了烟囱钢筋混凝土筒壁的安全可靠性。基于此,新颁布的中华人民共和国国家标准《烟囱设计规范》(GB50051-2013),明确规定单筒式烟囱中排放的烟气类型限定于干烟气和潮湿烟气。

因此,对于原设计为单筒式钢筋混凝土类型烟囱,本着不改变原烟囱结构型式的前提下,应对脱硫后湿烟气设置MGGH(烟气再热系统)系统,将湿法脱硫后湿烟气加热为潮湿性烟气排放。配合烟囱内壁防腐,使烟囱安全可靠运行。增设MGGH对按套筒式设计的湿烟囱防腐压力也会大大减轻,延长烟囱使用寿命。

六、设置MGGH对污染物扩散及减少“石膏雨”的影响分析

由于湿法烟气脱硫后烟气处于湿饱和状态,易形成“石膏雨”现象,但“石膏雨”不会对环境增加总的污染物排放量,因此从宏观上对整个环境不会造成影响,不会造成环境污染的加大。不过由于烟气温度较低,烟气的抬升高度会降低,会造成烟囱周围局部范围(通常在电厂围墙内)的污染物浓度升高,而远处污染物浓度会降低。

设置MGGH将脱硫后温度为45~60℃的烟气加热到70—80℃,使烟气远离水的露点温度,从而避免水蒸气凝结而形成石膏雨。

七、结语

综上所述,湿法脱硫系统设置MGGH系统降低脱硫入口烟温,升高脱硫出口烟温,会减少脱硫系统水耗,提高脱硫效率。减少电厂周围会产生“石膏雨”现象,有利于烟气污染物扩散。有利于烟囱防腐,尤其是对改造项目的单筒式钢筋混凝土烟囱,很有必要设置MGGH系统加热烟囱排烟温度。

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