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取消煙氣換熱器的可行性

作者: 2013年07月18日 來源: 瀏覽量:
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1·煙囪出口排煙溫度的選擇 FGD裝置是否需設煙氣換熱器(GGH),主要決定于排煙溫度。排煙溫度如何確定,不管從環保角度,還是煙囪結構設計方面考慮,我國目前還無標準規定。日本在有關的條例中規定煙囪出口的

 

    1·煙囪出口排煙溫度的選擇
    FGD裝置是否需設煙氣換熱器(GGH),主要決定于排煙溫度。排煙溫度如何確定,不管從環保角度,還是煙囪結構設計方面考慮,我國目前還無標準規定。日本在有關的條例中規定煙囪出口的排煙溫度不小于某個數值,德國原本也有對排煙溫度的限制指標,加入歐盟后,德國已取消這一規定。近年來,國內引進國外技術和設備建設的濕法脫硫裝置,多數亦裝設了煙氣換熱器,采用濕法脫硫工藝換熱器后的排煙溫度≥82℃,煙囪出口的排煙溫度約72℃;采用海水脫硫換熱器后的排煙溫度≥70℃,煙囪出口的排煙溫度約62℃。
    2·國內外煙氣換熱器的設置情況
    據了解,在日本,由于法令限制,大多數火電廠煙氣脫硫裝置均設置了煙氣換熱器,而美國及西歐的一些國家有不少電廠脫硫裝置不設煙氣換熱器,并且此種情況越來越多。未設置煙氣換熱器的FGD裝置,吸收塔出口的低溫濕煙氣由除霧器去除液滴后直接經電廠冷卻塔中心排放,或經吸收塔頂部設置的濕煙囪排放,或通過常規的煙囪排放。
    國內大部分電廠的濕法脫硫裝置均設置了GGH,如重慶珞璜電廠、廣州瑞明電廠、珠江電廠、臺山電廠等,但經過一段時間運行情況來看,設置GGH對整個脫硫系統運行造成了一定的影響;國內外業界對是否設置G G H也是說法不一。
    漳州后石電廠(6×600MW)為我國第一家取消GGH,采用濕煙囪排放的大型火力發電廠。其脫硫裝置為日本富士化學提供的海水脫硫裝置,煙氣在吸收塔經海水洗滌脫硫后,經除霧器除掉部分水分,通過240m高的濕煙囪排放。
    3·電廠FGD裝置取消煙氣換熱器的利弊分析
    3.1對煙氣抬升高度及周圍大氣環境質量的影響
    煙氣脫硫工藝中,脫硫后的濕煙氣不經再加熱而直接排放,有可能會帶來以下環境問題:煙氣抬升高度降低導致污染物落地濃度增大,出現白煙和凝結水。
    3.1.1“白煙”問題
    濕煙氣在傳輸過程中會發生水汽凝結,從而造成所謂“白煙”問題。一般認為:
    (1)白煙長度隨風速的增大而增長;
    (2)白煙長度隨環境溫度的升高而縮短;
    (3)白煙長度對環境濕度的變化比較敏感,當環境濕度增大時,白煙長度也增長且增幅較大。
    (4)白煙長度對煙氣溫度的變化也相當敏感,當煙氣的排放溫度升高(飽和狀態下)時,白煙長度增長,且增長幅度很大。
    在環境因素一定的情況下,如果要消除白煙,唯一的辦法是對煙氣加熱。煙氣溫度越高,其攜帶的水汽量也越大,隨著溫度的升高,煙氣的相對濕度不斷降低,直至達到不飽和狀態,白煙才有可能被消除。
    3.1.2凝結水
    凝結水量除取決于環境和煙氣條件外,還與過飽和度有關。過飽和度增大,會減少凝結水量。夏季環境溫度升高,也會減少凝結水量。凝結水中只有那些較大的液滴才會形成雨水降落到地面,大部分較小的液滴會形成大液滴,最終會重新蒸發。火電廠煙羽、水汽凝結形成霧的幾率很小,形成降水(或冰)的量也不大,一般不會對當地氣候造成影響。
    3.2不設置GGH的優點
    (1)降低FGD造價。就目前已經投運和開始建設的60萬機組而言,一臺GGH連同鋼支架及防腐的造價約占整個FGD投資的15%左右。由于機組的熱效率越來越高,出口煙氣溫度有不斷下降的趨勢。如果為了保持出口煙溫,就必須增大GGH換熱面積,從而導致GGH造價的攀升。據了解,在GGH出口煙溫相同的條件下,入口煙溫每降低1℃,GGH造價升高約100萬左右。
    (2)減少FGD系統阻力。GGH的接入、接出口煙道受布置的限制,一般有90°的彎頭,加上設備本身的阻力,裝設GGH系統的阻力將占整個FGD系統壓降的一半左右。如果GGH結垢嚴重的話,阻力還會增大。為了改善煙道的流暢,往往需要在彎頭處設置導流片,但是GGH出口是腐蝕比較嚴重的部位,該處的導流片通常需要采用價格昂貴的鎳基合金制作,增加了投資。
    (3)避免腐蝕問題。由于GGH的工況較為惡劣,既有干煙氣又有濕煙氣,既有高溫煙氣又有低溫煙氣,即使采取了襯鱗片的防腐措施,腐蝕現象仍較為普遍。
    (4)簡化系統。GGH需設置壓縮空氣或蒸汽吹灰,每班都要進行,當GGH壓差增大到某一數值時,還需要高壓水沖洗,停運時也要用大流量的低壓水進行沖洗。
    (5)避免“漏風”現象產生,提高脫硫率。由于在GGH里,原煙氣壓力高于凈煙氣壓力,因此會有少量的未經處理的原煙氣直接進入到凈煙氣中去,因此將直接降低脫硫效率。即使采用了低泄漏密封風機等一系列措施,GGH投運時泄漏率也只能保證在1%左右,隨著設備的老化,漏風率也會增大。若取消G G H,在其他系統未作任何變動的情況下,至少可以提高1%的脫硫率,真正可以做到減少污染物的排放。
    (6)減少占地。從國內外在建或已建的電廠來看,為了滿足煙氣換熱效率的要求,GGH的進出口截面設計一般為扁口型,高位布置,進出口一般都需要一個90°彎頭,因此要求的空間也很大,這就意味著需要更多的占地。從其它工程經驗來看,兩臺機組有GGH方案比沒有GGH方案占地一般約增加1500m2。
    綜上所述,取消GGH,不但可以減少投資,還可以降低運行費用,減少占地,所以取消GGH的FGD布置方式受到廣泛的關注,但取消GGH后,低溫濕煙氣對煙囪的腐蝕、工藝水耗增加等問題不容忽視。
    4·取消GGH對工藝系統的影響
    4.1加重煙囪腐蝕
    在不設GGH時,排入煙囪的煙氣為吸收塔出口的飽和或過飽和凈煙氣。其SO2濃度很低,但含有大量的水蒸氣和少量的SO3氣體。此時,煙囪內煙氣的溫度仍處在酸露點以下,會對煙囪內壁產生腐蝕作用,并且腐蝕速率隨硫酸濃度和煙囪壁溫的變化而變化。
    (1)當煙囪壁溫達到酸露點時,硫酸開始在煙囪內壁凝結,產生腐蝕,但此時凝結酸量尚少,濃度也高,故腐蝕速度較低。
    (2)煙囪壁溫繼續降低,凝結酸液量進一步增多,濃度卻降低,進入稀硫酸的強腐蝕區,腐蝕速率達到最大。
    (3)煙囪壁溫進一步降低,凝結水量增加,硫酸濃度降到弱腐蝕區,同時,腐蝕速度隨壁溫降低而減小。
    (4)煙囪壁溫達到水露點時,壁溫凝結膜與煙氣中SO3結合成H2SO4溶液,煙氣中殘存的HCl/HF也會溶于水膜中,對金屬和非金屬均會產生強烈腐蝕,故隨著壁溫降低腐蝕重新加劇。
    因此,在不設GGH時,煙囪內煙氣溫度較低,煙囪內將會出現上述最為不利的第(4)類腐蝕情況。需要提高煙囪及尾部煙道的防腐等級,增加投資。現階段煙囪內筒可采用的防腐措施主要有:
    (1)內襯鎳基合金、鈦復合板等。
    (2)內襯耐酸磚,耐酸膠泥,防腐涂料,賓高德玻璃磚等。
    4.2增加事故噴水減溫系統
    避免在FGD系統故障解列時,高溫煙氣對吸收塔內部防腐襯膠的損壞,需要在吸收塔入口前設置事故噴水減溫,降低煙氣溫度。本工程設計從工藝水箱引一路工藝水至吸收塔煙氣進出口進行事故噴水減溫。
    4.3水耗較大
    由于進入吸收塔的煙氣溫度較高,因此也會蒸發掉更多的水成為水汽;由本工程脫硫系統物料平衡計算可知,若取消G G H,工藝水耗量將有所增加。
    5·煙囪凝結水的收集與回用
    由于煙氣中水汽在煙溫較低處凝結成水珠,附著在煙囪內壁從上往下流動,在流動的過程,水珠不斷吸收煙氣中的酸性氣體成為酸露,并在重力作用下積聚在煙囪底部。取消GGH后,由于排煙溫度較低,并且煙氣中含水量較大,凝結水量也較大,因此可回用部分煙囪凝結水于脫硫裝置。
    煙氣凝結水在煙囪底部被導流板截住后順著導流板至水平煙道(鋼內筒外),在水平煙道與導流板的接口可設置成有凹槽與疏水管道連接,并通過疏水管道排放到脫硫島吸收塔區地坑,可供脫硫系統回用。
    為避免腐蝕,疏水管道可采用鋼塑管道/FRP管道或碳鋼襯膠管,自流或用泵輸送至脫硫島吸收塔區地坑。
    也可以在煙囪周圍設置一個集水坑,即煙囪地坑,收集煙囪的凝結水后用泵直接輸送至煙囪后脫硫島回用。此部分水可直接用于吸收塔補充水,也可以用于煙氣冷卻用水。
    6·技術經濟比較
    6.1工程投資費用比較
    (1)煙氣換熱器主、輔設備及其配套設施費用。回轉式煙氣換熱器約1800萬元(單臺FGD裝置)。
    (2)增壓風機設備費用。不設煙氣換熱器,煙氣系統阻力可降低1000~1500Pa,增壓風機設備費用約降低100萬元。
    (3)煙囪防腐費用。因為不設置煙氣換熱器,煙囪需要增加防腐,費用約增加900萬元。從一次性建設投資來看,取消GGH明顯會降低整個F G D系統的總造價。
    6.2 FGD裝置運行費用分析
    6.2.1電耗
    FGD裝置不設煙氣換熱器,煙氣系統阻力可降低1000~1500Pa左右,每臺機組增壓風機軸功率降低約1030kW,一臺換熱器本體及其輔助設備電耗(含吹掃用空壓機)約為250kW,一臺660MW機組FGD裝置總電耗降低1280kW。按年運行5500h計算,全年可節省運行費239.36萬元。
    6.2.2水耗
    FGD裝置不設煙氣換熱器,高溫的原煙氣直接進入吸收塔,一個吸收塔的蒸發水量約增加25t/h(考慮到回收的煙囪凝結水為10t/h)。單臺機組全年因工藝水量而增加運行費約26.13萬元。
    6.2.3年運行費
    取消煙氣換熱器,僅考慮電費和水費,單臺FGD裝置每年可節省運行費265.49萬元。煙氣換熱器的受熱面及殼體長期與低溫濕煙氣接觸,腐蝕較為嚴重。尤其是管式換熱器,受熱面運行3~5年以后,一般均需陸續更換,設備維護工作量及其費用也將會大大增加。從FGD系統投入商業運行后的運行費用來看,不設置GGH比設置GGH會有明顯的降低,另外也會減少檢修維護工作。
    7·結論
    是否設置GGH,對FGD工藝流程的影響并不大。若取消G G H,可以大幅度降低脫硫系統投資費用,但需增加一定的煙囪防腐費用。
    從環保角度而言,設置GGH,按照《火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2003》,可以提高煙氣抬升高度,增大污染物擴散范圍,降低污染物落地濃度。

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