哈雷钎焊板式换热器
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取消烟气换热器的可行性

点击:1839 日期:[ 2014-04-26 21:39:37 ]
    1·烟囱出口排烟温度的选择     FGD装置是否需设烟气换热器(GGH),主要决定于排烟温度。排烟温度如何确定,不管从环保角度,还是烟囱结构设计方面考虑,我国目前还无标准规定。日本在有关的条例中规定烟囱出口的排烟温度不小于某个数值,德国原本也有对排烟温度的限制指标,加入欧盟后,德国已取消这一规定。近年来,国内引进国外技术和设备建设的湿法脱硫装置,多数亦装设了烟气换热器,采用湿法脱硫工艺换热器后的排烟温度≥82℃,烟囱出口的排烟温度约72℃;采用海水脱硫换热器后的排烟温度≥70℃,烟囱出口的排烟温度约62℃。     2·国内外烟气换热器的设置情况     据了解,在日本,由于法令限制,大多数火电厂烟气脱硫装置均设置了烟气换热器,而美国及西欧的一些国家有不少电厂脱硫装置不设烟气换热器,并且此种情况越来越多。未设置烟气换热器的FGD装置,吸收塔出口的低温湿烟气由除雾器去除液滴后直接经电厂冷却塔中心排放,或经吸收塔顶部设置的湿烟囱排放,或通过常规的烟囱排放。     国内大部分电厂的湿法脱硫装置均设置了GGH,如重庆珞璜电厂、广州瑞明电厂、珠江电厂、台山电厂等,但经过一段时间运行情况来看,设置GGH对整个脱硫系统运行造成了一定的影响;国内外业界对是否设置G G H也是说法不一。     漳州后石电厂(6×600MW)为我国第一家取消GGH,采用湿烟囱排放的大型火力发电厂。其脱硫装置为日本富士化学提供的海水脱硫装置,烟气在吸收塔经海水洗涤脱硫后,经除雾器除掉部分水分,通过240m高的湿烟囱排放。     3·电厂FGD装置取消烟气换热器的利弊分析     3.1对烟气抬升高度及周围大气环境质量的影响     烟气脱硫工艺中,脱硫后的湿烟气不经再加热而直接排放,有可能会带来以下环境问题:烟气抬升高度降低导致污染物落地浓度增大,出现白烟和凝结水。     3.1.1“白烟”问题     湿烟气在传输过程中会发生水汽凝结,从而造成所谓“白烟”问题。一般认为:     (1)白烟长度随风速的增大而增长;     (2)白烟长度随环境温度的升高而缩短;     (3)白烟长度对环境湿度的变化比较敏感,当环境湿度增大时,白烟长度也增长且增幅较大。     (4)白烟长度对烟气温度的变化也相当敏感,当烟气的排放温度升高(饱和状态下)时,白烟长度增长,且增长幅度很大。     在环境因素一定的情况下,如果要消除白烟,唯一的办法是对烟气加热。烟气温度越高,其携带的水汽量也越大,随着温度的升高,烟气的相对湿度不断降低,直至达到不饱和状态,白烟才有可能被消除。     3.1.2凝结水     凝结水量除取决于环境和烟气条件外,还与过饱和度有关。过饱和度增大,会减少凝结水量。夏季环境温度升高,也会减少凝结水量。凝结水中只有那些较大的液滴才会形成雨水降落到地面,大部分较小的液滴会形成大液滴,最终会重新蒸发。火电厂烟羽、水汽凝结形成雾的几率很小,形成降水(或冰)的量也不大,一般不会对当地气候造成影响。     3.2不设置GGH的优点     (1)降低FGD造价。就目前已经投运和开始建设的60万机组而言,一台GGH连同钢支架及防腐的造价约占整个FGD投资的15%左右。由于机组的热效率越来越高,出口烟气温度有不断下降的趋势。如果为了保持出口烟温,就必须增大GGH换热面积,从而导致GGH造价的攀升。据了解,在GGH出口烟温相同的条件下,入口烟温每降低1℃,GGH造价升高约100万左右。     (2)减少FGD系统阻力。GGH的接入、接出口烟道受布置的限制,一般有90°的弯头,加上设备本身的阻力,装设GGH系统的阻力将占整个FGD系统压降的一半左右。如果GGH结垢严重的话,阻力还会增大。为了改善烟道的流畅,往往需要在弯头处设置导流片,但是GGH出口是腐蚀比较严重的部位,该处的导流片通常需要采用价格昂贵的镍基合金制作,增加了投资。     (3)避免腐蚀问题。由于GGH的工况较为恶劣,既有干烟气又有湿烟气,既有高温烟气又有低温烟气,即使采取了衬鳞片的防腐措施,腐蚀现象仍较为普遍。     (4)简化系统。GGH需设置压缩空气或蒸汽吹灰,每班都要进行,当GGH压差增大到某一数值时,还需要高压水冲洗,停运时也要用大流量的低压水进行冲洗。     (5)避免“漏风”现象产生,提高脱硫率。由于在GGH里,原烟气压力高于净烟气压力,因此会有少量的未经处理的原烟气直接进入到净烟气中去,因此将直接降低脱硫效率。即使采用了低泄漏密封风机等一系列措施,GGH投运时泄漏率也只能保证在1%左右,随着设备的老化,漏风率也会增大。若取消G G H,在其他系统未作任何变动的情况下,至少可以提高1%的脱硫率,真正可以做到减少污染物的排放。     (6)减少占地。从国内外在建或已建的电厂来看,为了满足烟气换热效率的要求,GGH的进出口截面设计一般为扁口型,高位布置,进出口一般都需要一个90°弯头,因此要求的空间也很大,这就意味着需要更多的占地。从其它工程经验来看,两台机组有GGH方案比没有GGH方案占地一般约增加1500m2。     综上所述,取消GGH,不但可以减少投资,还可以降低运行费用,减少占地,所以取消GGH的FGD布置方式受到广泛的关注,但取消GGH后,低温湿烟气对烟囱的腐蚀、工艺水耗增加等问题不容忽视。     4·取消GGH对工艺系统的影响     4.1加重烟囱腐蚀     在不设GGH时,排入烟囱的烟气为吸收塔出口的饱和或过饱和净烟气。其SO2浓度很低,但含有大量的水蒸气和少量的SO3气体。此时,烟囱内烟气的温度仍处在酸露点以下,会对烟囱内壁产生腐蚀作用,并且腐蚀速率随硫酸浓度和烟囱壁温的变化而变化。     (1)当烟囱壁温达到酸露点时,硫酸开始在烟囱内壁凝结,产生腐蚀,但此时凝结酸量尚少,浓度也高,故腐蚀速度较低。     (2)烟囱壁温继续降低,凝结酸液量进一步增多,浓度却降低,进入稀硫酸的强腐蚀区,腐蚀速率达到最大。     (3)烟囱壁温进一步降低,凝结水量增加,硫酸浓度降到弱腐蚀区,同时,腐蚀速度随壁温降低而减小。     (4)烟囱壁温达到水露点时,壁温凝结膜与烟气中SO3结合成H2SO4溶液,烟气中残存的HCl/HF也会溶于水膜中,对金属和非金属均会产生强烈腐蚀,故随着壁温降低腐蚀重新加剧。     因此,在不设GGH时,烟囱内烟气温度较低,烟囱内将会出现上述最为不利的第(4)类腐蚀情况。需要提高烟囱及尾部烟道的防腐等级,增加投资。现阶段烟囱内筒可采用的防腐措施主要有:     (1)内衬镍基合金、钛复合板等。     (2)内衬耐酸砖,耐酸胶泥,防腐涂料,宾高德玻璃砖等。     4.2增加事故喷水减温系统     避免在FGD系统故障解列时,高温烟气对吸收塔内部防腐衬胶的损坏,需要在吸收塔入口前设置事故喷水减温,降低烟气温度。本工程设计从工艺水箱引一路工艺水至吸收塔烟气进出口进行事故喷水减温。     4.3水耗较大     由于进入吸收塔的烟气温度较高,因此也会蒸发掉更多的水成为水汽;由本工程脱硫系统物料平衡计算可知,若取消G G H,工艺水耗量将有所增加。     5·烟囱凝结水的收集与回用     由于烟气中水汽在烟温较低处凝结成水珠,附着在烟囱内壁从上往下流动,在流动的过程,水珠不断吸收烟气中的酸性气体成为酸露,并在重力作用下积聚在烟囱底部。取消GGH后,由于排烟温度较低,并且烟气中含水量较大,凝结水量也较大,因此可回用部分烟囱凝结水于脱硫装置。     烟气凝结水在烟囱底部被导流板截住后顺着导流板至水平烟道(钢内筒外),在水平烟道与导流板的接口可设置成有凹槽与疏水管道连接,并通过疏水管道排放到脱硫岛吸收塔区地坑,可供脱硫系统回用。     为避免腐蚀,疏水管道可采用钢塑管道/FRP管道或碳钢衬胶管,自流或用泵输送至脱硫岛吸收塔区地坑。     也可以在烟囱周围设置一个集水坑,即烟囱地坑,收集烟囱的凝结水后用泵直接输送至烟囱后脱硫岛回用。此部分水可直接用于吸收塔补充水,也可以用于烟气冷却用水。     6·技术经济比较     6.1工程投资费用比较     (1)烟气换热器主、辅设备及其配套设施费用。回转式烟气换热器约1800万元(单台FGD装置)。     (2)增压风机设备费用。不设烟气换热器,烟气系统阻力可降低1000~1500Pa,增压风机设备费用约降低100万元。     (3)烟囱防腐费用。因为不设置烟气换热器,烟囱需要增加防腐,费用约增加900万元。从一次性建设投资来看,取消GGH明显会降低整个F G D系统的总造价。     6.2 FGD装置运行费用分析     6.2.1电耗     FGD装置不设烟气换热器,烟气系统阻力可降低1000~1500Pa左右,每台机组增压风机轴功率降低约1030kW,一台换热器本体及其辅助设备电耗(含吹扫用空压机)约为250kW,一台660MW机组FGD装置总电耗降低1280kW。按年运行5500h计算,全年可节省运行费239.36万元。     6.2.2水耗     FGD装置不设烟气换热器,高温的原烟气直接进入吸收塔,一个吸收塔的蒸发水量约增加25t/h(考虑到回收的烟囱凝结水为10t/h)。单台机组全年因工艺水量而增加运行费约26.13万元。     6.2.3年运行费     取消烟气换热器,仅考虑电费和水费,单台FGD装置每年可节省运行费265.49万元。烟气换热器的受热面及壳体长期与低温湿烟气接触,腐蚀较为严重。尤其是管式换热器,受热面运行3~5年以后,一般均需陆续更换,设备维护工作量及其费用也将会大大增加。从FGD系统投入商业运行后的运行费用来看,不设置GGH比设置GGH会有明显的降低,另外也会减少检修维护工作。     7·结论     是否设置GGH,对FGD工艺流程的影响并不大。若取消G G H,可以大幅度降低脱硫系统投资费用,但需增加一定的烟囱防腐费用。     从环保角度而言,设置GGH,按照《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2003》,可以提高烟气抬升高度,增大污染物扩散范围,降低污染物落地浓度。
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