趙 華，寧玉琴，蔣 文，孫少鵬，朱文中，胡 清

(1.蘇州望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155；2.華電電力科學(xué)研究院，杭州 310030；3.杭州華電能源工程有限公司，杭州 310030)

火電機(jī)組低低溫高效煙氣處理技術(shù)研究及其應(yīng)用分析

趙 華1，寧玉琴2,3，蔣 文2,3，孫少鵬2,3，朱文中2,3，胡 清2,3

(1.蘇州望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155；2.華電電力科學(xué)研究院，杭州 310030；3.杭州華電能源工程有限公司，杭州 310030)

為積極響應(yīng)更嚴(yán)格的能效環(huán)保要求，加快燃煤發(fā)電升級與改造，文中對火電機(jī)組低低溫高效煙氣處理技術(shù)的技術(shù)原理、特點(diǎn)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置作了歸納闡述，提煉總結(jié)了該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題并提出解決措施，論述了該技術(shù)的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀并對應(yīng)用情況進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，低低溫高效煙氣處理技術(shù)節(jié)能減排效果明顯，在國內(nèi)低硫份燃煤電站具有十分廣闊應(yīng)用前景。

低低溫高效煙氣處理；環(huán)保工藝；除塵；脫硫

0 引 言

目前，人們的節(jié)能環(huán)保意識逐漸加強(qiáng)，國家對各行各業(yè)的節(jié)能環(huán)保要求越來越嚴(yán)格。在2014年，三部委為了深刻貫徹落實《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)的通知》，制定出《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》[1]，計劃中明確提出：到2020年，其中現(xiàn)役600 MW及以上機(jī)組(除空冷機(jī)組外)改造后平均供電煤耗低于300 g/(kW·h)。東部地區(qū)現(xiàn)役300 MW瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。加快燃煤發(fā)電升級與改造，進(jìn)一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平已成為唯一出路，這對于節(jié)能環(huán)保行業(yè)來說，既是挑戰(zhàn)更是機(jī)遇。

低低溫高效煙氣處理技術(shù)，集節(jié)能與環(huán)保為一體，在控制火電機(jī)組污染物排放的同時也降低了機(jī)組的能耗，節(jié)能減排效果明顯，對于現(xiàn)役火力發(fā)電機(jī)組而言，該技術(shù)是實現(xiàn)節(jié)能減排的必然之舉。低低溫高效煙氣處理技術(shù)由日本三菱公司開發(fā)并率先推廣，隨后在日本得到了迅速的發(fā)展[2]。

1 低低溫高效煙氣處理技術(shù)的技術(shù)原理、特點(diǎn)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置

低低溫高效煙氣處理技術(shù)是將熱交換器和電除塵器耦合應(yīng)用的技術(shù)，可以細(xì)分為低低溫電除塵技術(shù)和MGGH技術(shù)。低低溫電除塵技術(shù)為單級布置結(jié)構(gòu)，即熱回收器+電除塵器；MGGH技術(shù)為雙級布置結(jié)構(gòu)，即熱回收器+電除塵器+煙氣再熱器布置結(jié)構(gòu)[3]。

1.1 低低溫高效煙氣處理技術(shù)的工藝原理

低低溫高效煙氣處理技術(shù)兩種工藝流程如圖

1和圖2。圖1所示為低低溫電除塵技術(shù)，熱回收器布置在空氣預(yù)熱器后、電除塵器前的水平或豎直煙道內(nèi)，也可布置在電除塵煙箱內(nèi)；通過熱回收器，將除塵器前的煙氣溫度從低溫狀態(tài)(120～130 ℃)降到低低溫狀態(tài)(90～110 ℃)；低低溫電除塵技術(shù)煙氣余熱用來加熱凝結(jié)水或冬季熱網(wǎng)水。圖2所示為MGGH技術(shù)，是一種通過熱媒水進(jìn)行煙氣回收利用的閉式循環(huán)系統(tǒng)；其中熱回收器布置與低低溫電除塵相同，布置在空氣預(yù)熱器與電除塵器之間，將煙氣溫度降到低低溫狀態(tài)；煙氣再熱器布置脫硫塔與煙囪之間，用來加熱脫硫后凈煙氣，使脫硫塔后凈煙氣溫度從50 ℃左右升高到80 ℃以上。低低溫高效煙氣處理技術(shù)使除塵器前的煙溫降低至酸露點(diǎn)附近或以下低低溫狀態(tài)，煙氣中的SO3與水蒸氣結(jié)合，生成硫酸霧，被飛灰顆粒吸附，然后被電除塵器捕捉隨飛灰排出，不僅解決了常規(guī)電除塵器對高比電阻粉塵除塵效率低的問題，而且還可以去除煙氣中大部分的SO3，解決下游設(shè)備的防腐蝕難題，并實現(xiàn)了系統(tǒng)的最優(yōu)化布置。

圖2 MGGH技術(shù)工藝流程圖

1.2 低低溫高效煙氣處理技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)

(1)節(jié)約煤耗。低低溫電除塵技術(shù)煙氣余熱用來加熱凝結(jié)水，可提高機(jī)組效率，節(jié)約發(fā)電煤耗。

(2)提高除塵效率。由于進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度降低，煙氣體積減小，煙氣流速降低，煙氣比電阻減小，因而提高了除塵效率。

(3)去除絕大部分SO3。國內(nèi)濕法脫硫設(shè)備對SO3的脫除效率一般為30%左右，而采用低低溫高效煙氣處理技術(shù)，灰硫比大于100時，煙氣中的SO3去除率可達(dá)95%以上，SO3濃度將低于2.86 mg/m3[4-5]，改善了下游設(shè)備的工作環(huán)境。

(4)無泄漏，積灰易于清理。MGGH技術(shù)通過熱媒管式換熱器來完成熱量的傳遞，不存在泄露問題，且布置靈活，可控性好。

1.3 低低溫高效煙氣處理技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置

低低溫高效煙氣處理系統(tǒng)涉及的主體結(jié)構(gòu)包括換熱器和電除塵器兩部分，MGGH技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置比低低溫電除塵結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜，圖3為MGGH技術(shù)煙氣換熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置，由熱回收器、電除塵器、煙氣再熱器、循環(huán)泵、蒸汽加熱器、熱媒水膨脹罐、熱媒水旁路等設(shè)備構(gòu)成。

圖3 MGGH技術(shù)煙氣換熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置圖

熱回收器和煙氣再熱器分別布置在除塵器前煙道和脫硫塔后煙道內(nèi)。熱回收器將排煙溫度降至除塵效率最佳的90～110 ℃左右；煙氣再熱器將脫硫后凈煙氣從50 ℃飽和煙氣加熱至80 ℃以上。煙氣降溫以后，煙氣特性發(fā)生變化，需對電除塵器作出相應(yīng)配置與調(diào)整來保證除塵效率。增壓加熱器布置在煙氣再熱器熱媒水進(jìn)口管道上，系統(tǒng)啟動或再熱器出口煙溫不達(dá)標(biāo)時，啟用增壓加熱器加熱閉式熱媒水，調(diào)節(jié)入口熱媒水溫度。增壓加熱器熱源取自蒸汽。熱媒水旁路，連接熱媒水進(jìn)、出口管道，根據(jù)熱回收器出口煙溫調(diào)節(jié)熱媒水旁路閥門，進(jìn)而保證熱回收器出口煙溫到達(dá)降溫要求。

2 低低溫高效煙氣處理技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)問題及解決措施

由于低低溫高效煙氣處理系統(tǒng)煙氣溫度處于酸露點(diǎn)以下，煙氣特性發(fā)生了很大變化，其關(guān)鍵技術(shù)問題主要表現(xiàn)在換熱器降溫升溫系統(tǒng)改造、煙氣流場均布改造、電除塵器升級改造以及控制系統(tǒng)設(shè)計。

(1)換熱器降溫、升溫系統(tǒng)改造。熱回收器和煙氣再熱器壁面溫度長期處于煙氣酸露點(diǎn)以下，需采用抗腐蝕性強(qiáng)的換熱管材質(zhì)。目前國內(nèi)外常用防腐材料為ND鋼，但是煙氣再熱器運(yùn)行溫度更低，ND鋼往往不能滿足技術(shù)要求，因此，國內(nèi)已有的做法是熱回收器全部采用ND鋼，煙氣再熱器分模塊布置，模塊依據(jù)溫度從高到低，依次選用防腐性能更優(yōu)的材質(zhì)，例如316L，2205、SUS444等。德國已有采用氟塑料管作為換熱元件的成功案例，這為國內(nèi)的低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)起到了很好的借鑒作用。

(2)煙氣降溫以后，煙氣特性發(fā)生變化，需對電除塵器作出相應(yīng)配置與調(diào)整。煙氣特性變化主要表現(xiàn)在[7-8]：①煙塵比電阻降低，粉塵荷電性能提高；②煙氣體積流量降低，電場風(fēng)速降低；③單位煙氣體積中粉塵質(zhì)量濃度提高；④煙氣中顆粒及氣體分子熱運(yùn)動能力減弱，氣體分子之間黏滯性變小，荷電粉塵驅(qū)進(jìn)速度變快；⑤煙氣擊穿電壓提高等。

電除塵器常用的調(diào)整技術(shù)包括：①高頻電源技術(shù)，在前級電場應(yīng)用高頻電源可以解決煙氣質(zhì)量濃度提高后可能出現(xiàn)的電暈封閉問題；②移動電極技術(shù)，將后級電場改為移動電極電場，避免反電暈現(xiàn)象并最大限度地減少二次揚(yáng)塵，增加粉塵驅(qū)進(jìn)速度，提高除塵效率。③預(yù)防灰斗堵塞和漏風(fēng)，由于煙溫降低，為防止因灰流動性變差而引起的灰斗堵塞，需增加卸灰角，加強(qiáng)灰斗外壁保溫，同時在下部利用蒸汽加熱器或電加熱器作為輔助恒溫措施。

(3)煙氣流場均布改造。由于氣流分布和阻力發(fā)生變化，需增設(shè)氣流均布裝置實現(xiàn)更加合理的氣體流場，保證除塵器性能。

3 低低溫高效煙氣處理技術(shù)國內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

目前該技術(shù)已成功應(yīng)用于日本的多臺機(jī)組，而在歐美國家應(yīng)用尚少。表1為日本低低溫高效煙氣處理技術(shù)的部分工程應(yīng)用結(jié)果[4-5]。

表1 日本低低溫高效煙氣處理技術(shù)部分工程應(yīng)用

3.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)節(jié)能環(huán)保行業(yè)從2010年開始逐步加大了對低低溫高效煙氣處理技術(shù)的研究及推廣力度，通過對國外經(jīng)驗的借鑒與改進(jìn)，已開展了不少成功案例。表2為國內(nèi)低低溫高效煙氣處理技術(shù)部分工程應(yīng)用結(jié)果。

表2 國內(nèi)低低溫高效煙氣處理技術(shù)部分工程應(yīng)用

3.3 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀分析

從國內(nèi)現(xiàn)役燃煤電廠鍋爐系統(tǒng)工藝流程來看，鍋爐排煙溫度大部分在 120～170 ℃，在此溫度范圍內(nèi)粉塵的比電阻較高，影響了電除塵器的除塵性能。從這方面來講，低低溫高效煙氣處理技術(shù)在國內(nèi)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于該技術(shù)換熱器中的煙溫降低至酸露點(diǎn)以下，大部分SO3將在換熱器內(nèi)發(fā)生冷凝，因此，關(guān)于煙氣溫度低于酸露點(diǎn)是否會引起腐蝕的問題成為該技術(shù)應(yīng)用前必須要慎重考慮的關(guān)鍵問題。不論是日本還是美國的研究均指出，當(dāng)灰硫比在50～100可避免腐蝕，若采用含硫量更高的燃煤時，為避免腐蝕，灰硫比應(yīng)大于200。國外電廠燃用煤種通常為低硫煤，使得該技術(shù)在國外現(xiàn)役機(jī)組上的應(yīng)用局限性大大降低。但是，國內(nèi)不同地區(qū)機(jī)組的燃用煤質(zhì)差異很大，甚至某些電廠在不同時段燃用的煤質(zhì)變化性也很大，而且不少地區(qū)的機(jī)組常用煤種屬于高硫份的劣質(zhì)煤，那么要應(yīng)用低低溫高效煙氣處理技術(shù)，煤種的灰硫比大于100便成為了必要前提條件。

4 結(jié)束語

(1)低低溫高效煙氣處理技術(shù)將除塵器前煙溫降至酸露點(diǎn)附近或以下低低溫狀態(tài)，不僅能回收廢熱、提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，滿足節(jié)能要求；還能減小脫硫耗水，節(jié)約水資源；更能有效降低機(jī)組粉塵及污染物排放濃度，滿足環(huán)保需要。

(2)要充分考慮降溫后煙氣性質(zhì)發(fā)生的變化對系統(tǒng)的影響。特別是換熱器材料的選擇以及電除塵相應(yīng)的配置與調(diào)整。此外，要采取適當(dāng)措施減小由這項技術(shù)帶來的二次揚(yáng)塵增加的幅度，目前的移動電極改造或離線振打技術(shù)很好地解決了這一問題。

(3)這項技術(shù)在國外已有不少成功案例，應(yīng)用結(jié)果得到同行的普遍認(rèn)可，國內(nèi)應(yīng)用前景十分廣闊。

(4)由于國內(nèi)不同地區(qū)燃用煤種差異性很大，特別是不少電廠常用燃煤為高硫煤等劣質(zhì)煤，在應(yīng)用低低溫高效煙氣處理技術(shù)前，需充分考慮煤種的灰硫比。

[1] 國家發(fā)展改革委,環(huán)境保護(hù)部,國家能源局.煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年):1-2.

[2] 酈建國,龍 輝,酈祝海,等.低低溫電除塵技術(shù)研究及應(yīng)用[C].第15屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集,2013:17-26.

[3] 張 鵬,楊 雷.低低溫高效電除塵器技術(shù)的組合應(yīng)用[C].第15屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集,2013:405-409.

[4] 龍 輝,王 盾,錢秋裕.低低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)在1 000 MW超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用探討[J].電力建設(shè),2010,31(2):70-73.

[5] 崔占忠,龍 輝,龍正偉,等.低低溫高效煙氣處理技術(shù)特點(diǎn)及其在中國的應(yīng)用前景[J].動力工程學(xué)報,2012,32(2):152-158.

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[9] 龍遠(yuǎn)生.余熱利用低低溫電除塵技術(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用[J].技術(shù)與工程應(yīng)用,2013:29-31.9

Research of Lower Temperature High Efficiency Flue Gas Treatment System and its Application Analysis of Coal-fired Power Plant

ZHAO Hua1, NING Yu-qin2,3, JIANG Wen2,3, SUN Shao-peng2,3, ZHU Wen-Zhong2,3, HU Qing2,3

(1．SuZhou WangTing Power Plants, Suzhou 215155, Jiangsu Province, China;2. Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China;3. Hangzhou Huadian Energy Engineering Institute, Hangzhou 310030, China)

In order to actively respond to more stringent environmental protection requirements of energy efficiency, and to speed up the transformation and upgrading of coal-fired power generation, summarized the technology principle, features and structure arrangement of lower temperature high efficiency flue gas treatment system, refined the key technical problems and put forward solutions, discussed the application status at home and abroad, discussed the application situation at home and abroad and analyzed the application of this technology. The study found that energy conservation and emissions reduction effect of lower temperature high efficiency flue gas treatment system was obvious, and this system had the very broad application prospect in low sulfur coal power plant in the domestic.

Lower temperature high efficiency flue gas treatment system; Environmental protection technology; Dust removal; Desulfurization

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.11.006

2015-10-09

2015-10-21

趙華(1969-)，男，上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電廠生產(chǎn)技術(shù)部鍋爐專工，長期從事鍋爐運(yùn)行及節(jié)能減排技術(shù)研究。

TK

B

1009-3230(2015)11-0016-05