【技能汇】协同颗粒物脱除和水分收回的电站锅炉烟气余热使用体系
【我国环保在线 技能前沿】使用蒸汽相变技能与氟塑料换热器，设计了协同颗粒物脱除和水分收回的电站锅炉烟气余热使用体系。体系在脱硫塔进、出口设置两级直接传热式烟气冷却器，氟塑料换热器吸收的排烟余热经过闭式循环水和板式换热器传递给凝聚水。一级烟气冷却器下降脱硫塔进口烟温以减小脱硫水耗，二级烟气冷却器冷凝烟气中的水蒸气并脱除烟气中的颗粒物。将体系使用于某330MW燃煤机组，在额外负荷可下降发电煤耗率为3.09g/(kW·h)，收回冷凝水为6.4t/h，下降颗粒物浓度至8.08mg/m3；接连运转9个月，可节省77%的脱硫体系用水。
0 引 言
自2015年12月国家发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造作业计划》(简称“计划”) 以来，许多煤电机组进行了烟气超低排放改造，以到达计划要求的在基准含氧量6%条件下，PM、SO2和NOx排放浓度别离≤10，35，50mg/m3的目标。
超低排放改造时，在脱硝方面首要选用低氮焚烧技能(LNB)和选择性催化复原技能(SCR)相结合，并对SCR添加催化剂的办法。针对湿法脱硫体系，首要选用单塔双循环技能、双塔双循环技能、双托盘脱硫技能、双吸收塔串联技能、单塔多喷淋技能等。颗粒物脱除方面首要选用低低温电除尘技能和湿式电除尘技能，并逐步构成了以这两种技能为中心的超低排放技能道路。据不完全统计，到2015底，我国选用低低温电除尘器技能已改造机组70台，总装机容量超40000MW；选用湿式电除尘器技能改造180台，总装机容量超90000MW。低低温电除尘器技能可较好地脱除SO3等可凝聚污染物，湿式电除尘器对联合脱除气体污染物和微量金属元素有利，但造价相对较高。
选用低温省煤器技能的锅炉烟气余热使用体系在电厂已得到广泛使用。脱硝、脱硫、除尘和余热使用体系在作业时会相互影响，每个体系在完结其首要使命时需为下流设备发明有利条件。受低温腐蚀约束，现在低温省煤器多安置在脱硫塔前的引风机与脱硫塔之间，或空气预热器与电除尘之间，可将脱硫塔进口烟温下降到80～90℃。从水分收回的视点来看，脱硫塔进口烟温下降削减了喷淋水的耗费量，未收回烟气中的水分。从余热使用视点剖析，体系首要收回的是烟气余热中的显热，而烟气中水蒸气带着的很多汽化潜热则跟着烟气排入了大气，既造成了水分的糟蹋又造成了热量的丢失，一起易导致烟囱的腐蚀并构成“石膏雨”。
近年来快速开展的氟塑料换热器技能，为烟气余热的深度收回和污染物的协同脱除发明了条件。本文选用氟塑料换热器，充分使用其优胜的抗酸腐蚀功能，并结合蒸汽相变脱除颗粒物技能，针对某330MW供热燃煤机组设计了协同颗粒物脱除和水分收回的电站锅炉烟气余热使用体系。经过对实践使用后的数据剖析，证明选用传统的冷凝法余热使用及水分收回技能，能够完成烟气颗粒物的协同脱除。
1 体系设计计划
协同颗粒物脱除和水分收回的电站锅炉烟气余热使用体系设计计划如图1所示。
图1 协同颗粒物脱除和水分收回的电站锅炉烟气余热使用体系
体系由安置在引风机和脱硫塔之间的烟气冷却器(FGC1)和安置在脱硫塔出口与烟囱之间的烟气冷却器(FGC2)构成。引风机中烟气顺次流经FGC1、脱硫塔、FGC2后从烟囱排入大气。图1中，H1～H3代表1～3号高压加热器，H5～H8代表5～8号低压加热器。悉数凝聚水进入FGC2加热后，一部分凝聚水经FGC1进一步加热后引进6号低压加热器进口，另一部分凝聚水直接进入8号低压加热器，经8号、7号低压加热器加热后，与从FGC1来的凝聚水混合进入6号低压加热器。
烟气冷却器选用直接传热方法。两级烟气冷却器别离由安置在烟气侧的氟塑料换热器(FGC1-H、FGC2-H)和凝聚水侧的金属板式换热器 (FGC1-C、FGC2-C)组成。氟塑料换热器与板式换热器之间经过闭式循环水管路衔接，闭式循环水在泵的驱动下在各换热器之间循环活动。闭式循环水流过氟塑料换热器(FGC1-H、FGC2-H)时吸收烟气热量，并经过板式换热器(FGC1-C、FGC2-C)将从烟气吸收的热量传递给凝聚水。氟塑料换热器FGC2-H下部设置了水分收回管路，将收回的水引进冷却塔底部的储水池或脱硫塔中循环使用。
1.1烟气余热使用原理
凝聚水流过FGC2时吸收了烟气余热，凝聚水温度升高。随后，一部分凝聚水进入8号低压加热器，凝聚水温度升高且流量减小，使8号、7号低压加热器的汽轮机抽汽量减小。另一部分凝聚水在FGC1进一步吸热后与7号低压加热器出口的凝聚水混合进入6号低压加热器，因为6号低压加热器进口水温升高，其抽汽量减小。凝聚水吸收了烟气余热，削减了汽轮机的抽汽量，汽轮机的做功才能添加。
1.2水分收回及节水原理
电站锅炉的设计排烟温度一般在120℃左右，但实践运转时往往高于这个数值。在图1所示的烟气流程中，锅炉的排烟经脱硫塔喷淋脱硫、除雾脱水后温度约为50℃，从脱硫塔排出。脱硫塔内耗费的水量可根据脱硫塔内烟气的能量平衡核算，见式(1)：
烟气进入脱硫塔后，石灰石浆液中的水吸收烟气热量蒸发成水蒸气，脱硫塔内部的烟气处于饱满状态。在脱硫塔出口安置氟塑料换热器可将脱硫塔出口50℃左右的烟气进一步冷却，烟气中的水蒸气将凝聚成水。本体系在氟塑料换热器FGC2-H下部设置了烟气收回水管路，将收回的水送入冷却塔底部的储水池或脱硫塔中进行循环使用，可进一步削减电厂水耗。
1.3冷凝脱除颗粒物原理
体系经过脱硫塔出口的氟塑料换热器FGC2-H，使用蒸汽相变机理完成烟气中颗粒物的脱除。燃煤锅炉烟气中含有12%～16%的水蒸气，当烟气进入脱硫塔后，与石灰石浆液触摸，烟气被石灰石浆液中的水冷却，一起很多的水蒸发成水蒸气，使烟气处于饱满状态。脱硫塔在脱除SO2的一起，还脱除了一部分颗粒物。处于饱满状态的烟气脱离脱硫塔时，夹带了未脱除的颗粒物及细微的石灰石、石膏颗粒。烟气流过FGC2-H氟塑料换热器时冷凝，在该进程中，水蒸气在细颗粒外表核化凝聚，使颗粒粒度增大，质量添加。当烟气流经氟塑料管制时，颗粒与管制发生惯性碰击，从烟气中别离，并随凝聚的水一起沿氟塑料管流下。因为氟塑料管刚性较弱，在作业进程中受烟气的冲刷发生弱小轰动，促进了颗粒物的脱除。此外，部分SO2在冷凝进程中被凝聚液吸收脱除。
2 体系的工程使用及作用剖析
选用协同颗粒物脱除和水分收回的锅炉烟气余热使用体系对北方某330MW燃煤供热机组进行改造。该机组锅炉为亚临界、一次再热、天然循环锅炉，选用平衡通风、四角切圆焚烧方法，设计燃料为烟煤，煤质剖析如表1所示。锅炉大接连蒸发量为1102t/h，焚烧设计煤种时的煤耗量为158t/h。汽轮机为C330/262-16.7/0.3/538/538型，选用8段抽气，热力体系见图1。该厂投产后，排烟温度一向偏高，采暖期为130℃，非采暖期为150℃，严重影响了锅炉功率，一起，脱硫塔的水耗也较高。
表1 煤质剖析 2.1体系设计参数 体系设计参数如表2所示。烟气流经级烟气冷却器FGC1后，烟温由150℃降至92℃。脱硫塔出口为50℃的饱满烟气经烟气冷却器FGC2后被冷却至49.2℃。悉数的凝聚水以772t/h的流量流入FGC2板式换热器后，温度由40℃升至49.2℃，随后凝聚水分为两路，凝聚水以324t/h进入FGC1的板式换热器加热至106℃进入6号低压加热器，其他的直接进入8号低压加热器。烟气冷却器FGC1和FGC2的闭式循环水流量别离为340，772t/h。体系设计的收回水量为5.7t/h。
表2 体系设计参数 为了便于烟气冷却器的装置，氟塑料换热器选用模块化设计，其结构参数见表3。
表3 氟塑料换热器结构参数 氟塑料换热器FGC1-H包含8个换热模块，安置在脱硫塔进口的两个水平烟道内，氟塑料管外径为7mm，壁厚为0.6mm。氟塑料换热器FGC2-H装置在脱硫塔出口水平烟道内，由7个模块组成，氟塑料管外径为5mm，壁厚为0.4mm。因为选用小管径、薄壁厚的氟塑料管，导热系数较小但并未影响传热作用。每个换热模块均装备了冲刷水体系以避免积灰。 2.2使用作用剖析
体系投运后，由电科院科研人员对机组进行了功能实验，经过体系投运前后9个月的监测数据比照，调查了体系节水、节能以及颗粒物脱除的作用。
2.2.1体系收回水量及节水量
在330MW额外工况时，FGC2收回水量为6.4t/h，比设计值(5.7t/h)高出0.7t/h。收回水量添加的原因是流过FGC2的闭式循环水温度低于设计值，对烟气的冷却作用较好。由此揣度在冬天凝聚水温度较低时，FGC2将收回更多的冷凝水。
根据脱硫塔水耗数据，体系投运的前9个月，两台机组脱硫塔耗水累计为520879t；体系投运后的9个月，2台机组脱硫塔耗水量累计为346747t。两台机组同比节省脱硫水耗量174132t。
该厂有两台相同的机组，因为只对其间的2号机组进行了改造，假定两台机组同期脱硫水耗相同，1号、2号机组脱硫塔在体系投运前9个月水耗均为260439.5t，2号机组脱硫塔在体系投运后9个月水耗比同期削减174132t，一起FGC2收回冷凝水量累计为26400t。据此核算，该脱硫体系节省用水约为77%，大大下降了脱硫体系的水耗。
2.2.2体系节能作用
在330MW工况下别离在体系投入和中止的状况下，对机组进行了功能实验，首要数据见表4。
表4 330MW负荷发电煤耗率比照 从表4能够看出：体系投入可下降机组热耗率为83.287kJ/(kW·h)，下降发电煤耗率为3.09g/(kW·h)。为了避免氟塑料管子阻塞，在闭式循环水管路暂时添加了滤网，体系管路阻力添加，导致闭式循环水流量削减。在确保水质的状况下，若撤除暂时滤网，可削减体系管路阻力，使循环水流量增大，体系收回的烟气余热一起会添加，机组热耗率和发电煤耗率可进一步下降。
2.2.3颗粒物脱除才能
在体系投入的状况下，对脱硫塔出口的氟塑料换热器FGC2-H的进、出口颗粒物浓度进行丈量，成果见表5。FGC2-H进口固体颗粒物浓度为11.31mg/m3，出口为8.08mg/m3，到达了超低排放(10mg/m3)的规范。据表中的数据核算，氟塑料换热器对固体颗粒物的脱除功率为28.6%。由此可见，体系在能收回烟气余热和水分的一起，完成了颗粒物的协同脱除。
表5 脱硫塔出口烟气冷却器前后烟尘含量 3 结 论
1)使用具有杰出抗酸腐蚀功能的氟塑料换热器和蒸汽相变机理，设计了协同颗粒物脱除和水分收回的电站锅炉烟气余热使用体系。该体系包含两级直接传热式烟气冷却器，别离安置在脱硫塔进口和出口，将烟气冷却器收回的热量用于加热凝聚水。烟气冷却器由吸收烟气热量的氟塑料换热器和向凝聚水传热的板式换热器构成，氟塑料换热器和板式换热器经过闭式循环水管路衔接，并将收回的烟气热量传递给凝聚水。
2)该体系成功地使用于某330MW供热燃煤机组，经过9个月的数据剖析和机组功能比照，该体系累计收回烟气冷凝水量26400t，节省脱硫体系用水77%。在330MW额外工况下，体系可收回烟气中的水分为6.4t/h，下降发电煤耗为3.09g/(kW·h)，脱硫塔出口固体颗粒物浓度为8.08mg/m3，到达了超低排放(10mg/m3)的规范。
3)氟塑料换热器可有用避免低温腐蚀，脱硫塔出口的氟塑料换热器使烟气中的水蒸气凝聚，并完成颗粒物的协同脱除。体系实践运转状况标明，经过优化体系参数，可进一步进步体系的节能、节水和颗粒物脱除作用。
注：作者系李斌王金平安连锁
原标题：【技能汇】协同颗粒物脱除和水分收回的电站锅炉烟气余热使用体系
