火電廠濕法煙氣脫硫省卻氣-氣換熱器(GGH)的可行性研究
目前 ,用于火電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)(FGD)的氣-氣換熱器(GGH)存在一些技術(shù)問(wèn)題 ,最突出的是泄漏嚴(yán)重 ,不僅影響脫硫經(jīng)濟(jì)性 ,還降低脫硫效率。除此之外 ,GGH 還存在著如能源消耗、腐蝕、堵灰等問(wèn)題 ,且運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。本文分析了濕法脫硫后煙氣的腐蝕性 ,結(jié)合技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)等因素論證了加裝 GGH 的利與弊。
1 GGH作用評(píng)價(jià)
1. 1 GGH不能有效減輕尾部設(shè)備的腐蝕
經(jīng)濕法FGD后的煙氣酸露點(diǎn)溫度在(100～135)℃ 范圍,而煙氣經(jīng) GGH 再熱之后的溫度為 80 ℃左右 ,因此在 FGD 下游設(shè)備表面仍然會(huì)產(chǎn)生新的凝結(jié)酸液 ,引起煙道和煙囪點(diǎn)腐蝕。由于煙氣經(jīng)過(guò) GGH 再熱以后溫度升高 ,造成煙道和煙囪中的環(huán)境溫度比不安裝 GGH 時(shí)高約30 ℃。金屬材料的酸腐蝕對(duì)溫度是非常敏感的 ,溫度升高會(huì)使凝結(jié)酸液的腐蝕性更強(qiáng)。
1. 2 GGH對(duì)煙氣抬升高度及 SO2 排放速率的影響
以江蘇某電廠 1 ×600 MW 機(jī)組數(shù)據(jù)為例 ,煙囪出口風(fēng)速按 4 m/s計(jì) ,煙氣抬升高度根據(jù) GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中城市、丘陵條件進(jìn)行計(jì)算(表 1) 。
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從表1 可見, GGH 對(duì)煙氣抬升有較明顯的作用。從排放速率看,由于經(jīng)脫硫后的煙氣中 SO2 濃度大幅度降低,實(shí)際排放速率又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于允許排放速率,因此,設(shè)與不設(shè) GGH均不會(huì)對(duì)排放速率產(chǎn)生大的影響。
1. 3 GGH對(duì)污染物落地濃度的影響
安裝濕法煙氣脫硫裝置后 ,由于脫硫塔具有極強(qiáng)的洗滌作用 ,煙氣中的大部分粉塵被除去。根據(jù)國(guó)內(nèi)幾個(gè)脫硫項(xiàng)目的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知 ,濕法煙氣脫硫裝置的除塵效率均可達(dá)到 80 %以上 ,脫硫后煙氣中的粉塵濃度一般在 20 mg/m3以下。因此 ,本文不再計(jì)算粉塵的影響。仍以江蘇某電廠 1 ×600 MW 機(jī)組數(shù)據(jù)為例 ,計(jì)算所得的 SO2 和 NOx 落地濃度(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) ,下同)見表 2。同時(shí) ,將 GB3095 - 1996 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 中規(guī)定的 SO2 、 NOx 的濃度限值列于表 3。
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由表 2 可見 ,當(dāng)穩(wěn)定度處于 A 與B、C、E與 F 時(shí) ,設(shè)與不設(shè) GGH 污染物落地濃度的差距較小 ,當(dāng)穩(wěn)定度處于D 時(shí) ,污染物落地濃度有一定的差別;由于 SO2源強(qiáng)度在脫硫之后大大降低 ,因此無(wú)論是否安裝GGH ,排放的 SO2 只為允許值的很小一部分;由于FGD 不能有效脫除 NOx ,NOx 的源強(qiáng)度并沒有降低。由表 2、表3 可以看出 ,NOx 的落地濃度只為允許值的10 %左右 ,因此是否安裝 GGH 對(duì)環(huán)境的影響不明顯。
2 不設(shè) GGH的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)
某電廠 2 × 600 MW機(jī)組燃煤硫分為 0.7 %,采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝 ,一爐一塔 ,全煙氣脫硫,脫硫率不低于95 %。2 臺(tái)爐合用 1 座雙管煙囪 ,煙囪直徑 6 m。脫硫前后的煙氣參數(shù)見表 4。
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脫硫系統(tǒng)不設(shè) GGH 帶來(lái)運(yùn)行參數(shù)方面的變化主要有:
(1) FGD 排煙溫度降至 52 ℃。
(2) 由于進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度較高 ,需要釋放更多的熱量和蒸發(fā)更多的水分才能夠達(dá)到絕熱飽和狀態(tài) ,2 套 FGD 裝置工藝水消耗約增加 76 t / h。
(3) 由于不需要 GGH 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及密封風(fēng)機(jī) ,功率減少約 200 kW ,此外脫硫系統(tǒng)煙氣阻力降低 ,每套FGD 增壓風(fēng)機(jī)的軸功率約可減少 800 kW ,2 套 FGD裝置功耗共降低約 2 000 kW。
濕法煙氣脫硫裝置不設(shè) GGH 時(shí) ,煙囪需要采用防腐措施 ,防腐方案主要有: (1)在混凝土煙囪內(nèi)襯耐酸瓷磚; (2)鋼管煙囪內(nèi)表面襯玻璃鱗片、 鈦合金板或鎳基合金板。表 5 是 4 種煙囪防腐方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。
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取消 GGH 可節(jié)省 FGD 建設(shè)投資約 4 200 萬(wàn)元 ,其中2 臺(tái) GGH 設(shè)備費(fèi)約3 600 萬(wàn)元 ,GGH 支架、減少的煙道及支架以及相應(yīng)的安裝和土建費(fèi)用等約 600 萬(wàn)元。煙囪防腐需增加費(fèi)用 1 800 萬(wàn)元 (襯鎳基合金板) 。因此 ,2 套脫硫裝置不設(shè) GGH 可節(jié)省投資費(fèi)用約 2 400 萬(wàn)元。此外 ,運(yùn)行費(fèi)用電價(jià)按 0. 35 元/ (kW·h)計(jì) ,不設(shè) GGH 每年可節(jié)省電費(fèi)2 000 ×5 500 × 0. 35= 385 萬(wàn)元;水價(jià)按 1. 0 元/ m3計(jì) ,不設(shè) GGH 每年將增加水費(fèi) 76 ×5 500 × 1. 0 = 41. 8 萬(wàn)元;按設(shè)備費(fèi)的 2.5 %計(jì) ,不設(shè) GGH 每年可節(jié)省維護(hù)費(fèi) 3 600 ×2. 5 % =90 萬(wàn)元 ,則 2 ×600 MW 機(jī)組煙氣脫硫裝置采用不設(shè)GGH 方案 ,2 臺(tái)爐每年可節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)約 433 萬(wàn)元。
對(duì)2 ×600 MW 機(jī)組煙氣脫硫裝置設(shè)與不設(shè)GGH 的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較 ,結(jié)果見表 6。由表可見 ,不設(shè) GGH 的經(jīng)濟(jì)性十分顯著。
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3 安裝 GGH帶來(lái)的問(wèn)題
據(jù)初步推算 ,目前國(guó)內(nèi)火電廠 FGD 采用 GGH 的約占 80 %以上 ,若按每年新增 FGD 容量 3 000 萬(wàn) kW計(jì)算 ,安裝 GGH 的直接設(shè)備費(fèi)用就達(dá) 11 億元左右。其它相關(guān)費(fèi)用包括:因安裝 GGH 而增加的增壓風(fēng)機(jī) ,控制系統(tǒng)增加的控制點(diǎn)數(shù) ,增加煙道長(zhǎng)度和 GGH 支架及相應(yīng)的建筑安裝費(fèi)用等 ,其總和約占 FGD 總投資的 15 %～20 %。安裝 GGH 對(duì)煙氣的壓降約為 1 200Pa ,為了克服這些阻力 ,必須增加增壓風(fēng)機(jī)的壓頭 ,這就使 FGD 系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用大大增加。
脫硫后煙氣在 GGH 中由 45 ℃ 左右升高到 80 ℃左右 ,即 GGH 一般在酸露點(diǎn)以下運(yùn)行 ,因此在 GGH的冷端會(huì)產(chǎn)生大量粘稠的濃酸液 ,這些酸液不但對(duì)GGH 的換熱元件和殼體有很強(qiáng)的腐蝕作用 ,而且會(huì)粘附大量煙氣中的飛灰;另外 ,穿過(guò)除霧器的微小漿液液
滴在換熱元件的表面上蒸發(fā)之后會(huì)結(jié)垢 ,這些固體物會(huì)堵塞換熱元件的通道 ,進(jìn)一步增加 GGH 的壓降。國(guó)內(nèi)有的電廠存在 GGH 粘污嚴(yán)重而造成增壓風(fēng)機(jī)振動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題。
以北京熱電廠、 半山電廠和重慶電廠為例 ,這 3 個(gè)電廠的 FGD 系統(tǒng)都裝有 GGH (前 2 個(gè)電廠的 GGH為回轉(zhuǎn)式 ,后者為蒸汽加熱器) ,在運(yùn)行過(guò)程中都有不同程度的積灰、 腐蝕和磨損。
4 結(jié)論與建議
(1) 濕法脫硫再熱后的煙氣仍具腐蝕性 ,且腐蝕性等級(jí)增強(qiáng)。
(2)脫硫后煙氣的酸露點(diǎn)溫度在 100 ℃～135 ℃之間。如果不安裝 GGH ,脫硫后的煙氣溫度在 50 ℃左右;安裝 GGH 后的煙氣溫度在 80 ℃,均低于煙氣的酸露點(diǎn)溫度 ,因此只要采用濕法脫硫 ,煙囪就必須防腐 ,與是否安裝 GGH 無(wú)關(guān) ,即 GGH 在解決 FGD 尾部
設(shè)備腐蝕問(wèn)題上作用不大。
(3) GGH 本身占地面積大 ,還存在著腐蝕、堵灰等問(wèn)題 ,且運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高 ,造價(jià)昂貴; GGH 還是造成FGD 事故停機(jī)的主要設(shè)備;安裝 GGH 后 ,脫硫再熱后的煙氣對(duì)于 FGD 下游設(shè)備的腐蝕 ,不但沒有減輕 ,相反由于腐蝕環(huán)境的溫度比沒有 GGH 時(shí)升高了不少 ,反而加劇了煙氣對(duì)金屬材料的腐蝕。因此安裝 GGH給 FGD 帶來(lái)的負(fù)面影響很大。
(4) 火電廠煙氣濕法脫硫后的煙氣升溫 ,主要是在一定程度上提高煙氣抬升高度和有效源高 ,從而在一定條件下改善煙氣擴(kuò)散條件 ,而對(duì)污染物的排放濃度和排放量沒有影響。
(5) SO2 的源強(qiáng)度在脫硫之后大大降低 ,因此無(wú)論是否安裝 GGH ,SO2 的排放只占環(huán)境允許值的很小一部分。此外 ,盡管 FGD 不能有效脫除 NOx ,但因NOx 的落地濃度只占環(huán)境允許值的 10 %左右 ,因此對(duì)環(huán)境的影響不明顯。
(6) 濕煙氣直接排放可能會(huì)使煙氣抬升高度降低 ,地面污染物濃度增高 ,尾部煙道與煙囪的腐蝕加劇。脫硫后煙氣抬升高度的降低可通過(guò)脫硫后煙氣中污染物的減少來(lái)補(bǔ)償 ,因而不會(huì)造成環(huán)境污染的加大 ,而尾部煙道和煙囪的腐蝕可采取防腐措施解決。
(7) 濕法煙氣脫硫工藝省卻 GGH 是可行的 ,不設(shè)GGH 的經(jīng)濟(jì)性十分顯著。
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