邊疆王森孫國(guó)通王桂林

（1天津市電力科學(xué)研究院 天津 300384 2天津市電力科技發(fā)展公司 天津300384）

相變式煙氣換熱器對(duì)濕法脫硫系統(tǒng)水耗量的影響

邊疆1王森1孫國(guó)通2王桂林1

（1天津市電力科學(xué)研究院 天津 300384 2天津市電力科技發(fā)展公司 天津300384）

復(fù)合式相變換熱技術(shù)是一項(xiàng)解決低溫腐蝕難題的全新?lián)Q熱技術(shù)，通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)可以深度利用鍋爐煙氣余熱，降低了鍋爐出口的煙氣溫度。通過(guò)采用該技術(shù)可以降低進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)內(nèi)的煙氣的溫度，明顯的減少了脫硫系統(tǒng)的工藝水耗量，本文主要探討了鍋爐增加復(fù)合式相變換熱器后對(duì)濕法脫硫系統(tǒng)工藝水耗量的影響。

相變換熱；濕法脫硫；水耗量

石灰石一石膏濕法煙氣脫硫(以下簡(jiǎn)稱(chēng)：FGD脫硫)工藝是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫工藝，該工藝成熟、脫硫效率高、系統(tǒng)運(yùn)行可靠，在國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)組中得到廣泛的應(yīng)用。FGD脫硫技術(shù)中所消耗的工藝水大部分被外排凈煙氣以飽和水蒸汽的形式帶走，降低凈煙氣溫度可以減少飽和水蒸汽含量，改變脫硫系統(tǒng)工藝水的耗量。通過(guò)在鍋爐煙道尾部增加復(fù)合式相變換熱器，實(shí)現(xiàn)了鍋爐外排煙氣溫度的降低，減少了FGD脫硫工藝水的消耗量。

1 情況簡(jiǎn)介

復(fù)合式相變換熱器（結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1）是通?！盁峁芗夹g(shù)”的深化發(fā)展，對(duì)可能產(chǎn)生的低溫腐蝕具有“可控可調(diào)狀態(tài)”的能力，保證金屬壁面溫度始終處于酸露點(diǎn)以上。

天津某電廠670t/h倉(cāng)儲(chǔ)式燃煤鍋爐煙氣脫硫采用FGD工藝（一爐一塔），設(shè)計(jì)脫硫系統(tǒng)入口SO2含量3000mg/Nm3，脫硫后SO2含量低于100mg/Nm3，污染物排放采用濕煙囪外排方式。機(jī)組鍋爐原設(shè)計(jì)排煙溫度為169℃，但在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中夏季高負(fù)荷期間鍋爐排煙溫度已經(jīng)達(dá)到170℃以上，嚴(yán)重影響布袋除塵器及脫硫系統(tǒng)的使用壽命。為保證尾部煙氣環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行安全，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，在鍋爐尾部煙道中增設(shè)了復(fù)合式相變換熱器，對(duì)高溫?zé)煔庥酂徇M(jìn)行回收用以加熱汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)內(nèi)的凝結(jié)水，此項(xiàng)措施有效地減少了汽輪機(jī)的回?zé)岢槠浚瑫r(shí)提高機(jī)組效率，降低供電煤耗。

圖1 相變換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

2 增加復(fù)合式相變換熱器前后對(duì)比

鑒于鍋爐排煙溫度在夏季較高冬季較低，主要將夏季機(jī)組負(fù)荷210MW工況下的脫硫塔出口煙溫進(jìn)行測(cè)量，匯總數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 增加相變換熱系統(tǒng)前、后鍋爐煙氣實(shí)測(cè)運(yùn)行參數(shù)

通過(guò)測(cè)量增加相變換熱器前后鍋爐及脫硫塔出口煙氣溫度可以看出，復(fù)合式相變換熱系統(tǒng)作用明顯，可以有效地降低鍋爐及脫硫塔出口的煙氣溫度，起到降低煤耗，減少FGD脫硫系統(tǒng)工藝水耗量的作用。

3 增加復(fù)合式相變換熱器前后減少的工藝水耗量計(jì)算

FGD脫硫系統(tǒng)凈煙氣中飽和水蒸汽量取決于煙氣溫度和壓力狀態(tài)下的絕對(duì)濕度，絕對(duì)濕度就是指每千克干空氣中所含有的水蒸汽質(zhì)量，用d表示，單位為kg/kg。

ps——環(huán)境溫度下的水蒸氣飽和壓力，單位：Pa；

pact——就地大氣壓力，單位：Pa；

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB10184-88《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》在排煙溫度（t）時(shí)的水蒸氣飽和壓力的擬合公式如下：

3.1 煙氣溫度計(jì)算

通過(guò)對(duì)比增加相變換熱器前、后脫硫塔出口凈煙氣的飽和水蒸汽量，可以計(jì)算出投入復(fù)合式相變換熱器后脫硫系統(tǒng)節(jié)約的工藝水量。未安裝相變換熱器前，實(shí)測(cè)鍋爐出口溫度平均175℃，脫硫塔出口溫度平均65.3℃；安裝后，實(shí)測(cè)鍋爐出口溫度平均132℃，脫硫塔出口溫度平均62.6℃。對(duì)比安裝前、后的鍋爐排煙溫度降低了40℃以上，脫硫塔出口煙氣溫度降低了2.7℃。

3.2 煙氣流量計(jì)算

在機(jī)組滿負(fù)荷210WM的工況下，分別對(duì)機(jī)組鍋爐煙氣流量及參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量及計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 增加相變換熱系統(tǒng)前、后鍋爐實(shí)測(cè)煙氣流量

3.3 飽和蒸汽中水含量計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)公式1和公式2，可以計(jì)算出改造前、后脫硫塔出口處于飽和水蒸氣狀態(tài)外排煙氣中的水含量。根據(jù)實(shí)際情況將煙氣的相對(duì)飽和濕度值設(shè)定為100%進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 增加相變換熱系統(tǒng)前、后脫硫塔出口煙氣水含量

3.4 年節(jié)約水耗量計(jì)算

根據(jù)天津市發(fā)電負(fù)荷的實(shí)際統(tǒng)計(jì)情況，增加相變換熱器前鍋爐平均排煙溫度超過(guò)170℃的工況主要集中在7、8、9三個(gè)月的機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行期間，根據(jù)增加相變換熱器后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)組在這三個(gè)月里的僅滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)480 h。依據(jù)表3計(jì)算出的工藝水每小時(shí)節(jié)水量，可以推算脫硫系統(tǒng)在夏季階段僅滿負(fù)荷工作期間就能節(jié)約工藝水量超過(guò)12144t，節(jié)水效果非常明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

鍋爐出口的煙氣溫度是影響脫硫塔工藝水耗量的主要因素之一，鍋爐煙氣系統(tǒng)在增加復(fù)合式相變換熱器后，實(shí)現(xiàn)了外排煙氣溫度的可控性。在夏季工況下能夠有效地控制煙氣溫度穩(wěn)定在132℃左右，脫硫系統(tǒng)年耗水量減少超過(guò)10000t以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。復(fù)合式相變換熱器是一種行之有效的節(jié)能降耗技術(shù)，在深度利用煙氣余熱的同時(shí)還可以減少脫硫系統(tǒng)的耗水量，是一種值得廣泛推廣的節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品。

[1]李吉祥.濕式石灰石一石膏法煙氣脫硫工藝水量計(jì)算方法.水利電力機(jī)械,2007,29(7).

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程，GB10184-88.

邊疆（1980—），天津技術(shù)師范學(xué)院，現(xiàn)從事鍋爐、脫硫、脫硝的調(diào)試以及性能試驗(yàn)工作。

圖7 泄漏點(diǎn)位置示意

該管子泄漏部位同時(shí)位于管子對(duì)接焊縫與鰭片焊縫的熱影響區(qū)上，造成殘余應(yīng)力大，局部應(yīng)力集中，是導(dǎo)致其拉裂的重要原因。

3.3 升溫過(guò)程分析

該電廠鍋爐采用等離子點(diǎn)火，在啟動(dòng)時(shí)輸入熱功率很高，尤其在本次點(diǎn)火升溫過(guò)程中，監(jiān)測(cè)到的水冷壁溫升速率高達(dá)6.4℃/min，超過(guò)控制值的4倍，也比歷次啟動(dòng)的升溫速率高的多，而泄漏點(diǎn)位于燃燒器附近區(qū)域，熱負(fù)荷更高，局部溫升速率很可能更高。因此泄漏點(diǎn)承受了巨大的熱應(yīng)力，也是本次泄漏的重要原因。

4 結(jié)論和對(duì)策

4.1 本次水冷壁拉裂泄漏是熱應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力共同作用的結(jié)果，由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力是客觀存在的，因此本次泄漏的主要原因?yàn)殄仩t升溫過(guò)快導(dǎo)致的水冷壁局部熱應(yīng)力過(guò)大。

4.2 2015年該電廠對(duì)兩臺(tái)鍋爐磨煤機(jī)實(shí)施技改，并進(jìn)行了最小煤量試驗(yàn)，將鍋爐啟動(dòng)投煤量由21t/h大幅降低到12t/h，同時(shí)在啟動(dòng)初期增大給水流量，成功將水冷壁升溫峰值速率降低到2.5℃/min以?xún)?nèi)，解決了鍋爐啟動(dòng)水冷壁升溫過(guò)快的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]范從振.鍋爐原理[M].北京：中國(guó)電力出版社,1986．

[2]高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管 GB5310-2008.

作者簡(jiǎn)介

陳俊彬（1983.4—），男，福建南安人，本科，工程師，主要研究發(fā)電廠鍋爐設(shè)備的檢修與運(yùn)行工作。