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对湿法烟气脱硫系统设置GGH的探讨
李静
(南昌有色冶金设计研究院,江西南昌330002)
〔摘要〕在湿法烟气脱硫系统中,是否设置烟气再热系统(简称GGH)对脱硫工程投资和经济运行有较大影响,对SO2及氮氧化物(NOx)落地浓度也有重要影响,结合某电厂2×600MW燃煤机组脱硫工程,对是否设置GGH的技术经济性进行了比较。
〔关键词〕烟气脱硫;GGH;氮氧化物;落地浓度;技术经济
中图分类号：TQ050.9文献标识码：B文章编号：1004-4345(2007)02-0258-04
1·前言
随着我国经济的快速发展和经济实力的提高,国家和地方政府对环保要求日益严格,燃煤电厂烟气脱硫工程的实施已在国内迅速展开。石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺由于其脱硫剂在我国分布很广,资源丰富、廉价易得、脱硫效率高、技术成熟、运行可靠,现已成为我国燃煤电厂烟气脱硫的首选工艺[1]。
在湿法烟气脱硫系统中,经吸收塔净化后的净烟气温度一般为47～51℃(根据入口烟气温度和烟气含水率而定),含饱和水蒸汽的净烟气,主要腐蚀性介质为SO2和SO3。在上述低温下,含饱和水蒸汽的净烟气容易冷凝产生腐蚀性的硫酸、亚硫酸液,对吸收塔后烟道和烟囱有很强的腐蚀性[2]。另外排烟温度的降低还会造成烟气抬升高度下降,不利于烟气扩散,国内目前比较普遍的解决办法是在湿法脱硫工程中设置气─气换热器(GAS-GAS HEATER)即GGH,其主要作用是将排烟温度提高,防止结露以及通过烟囱外排获得较高的抬升高度[3]。
目前国内实施的脱硫工程中,部分装置是设置GGH的,例如:南昌有色冶金设计研究院设计的宁夏宁武发电厂2×600MW机组、江西丰城发电厂2×300MW机组,均装设了GGH。但是,考虑到GGH的投资,也有部分电厂不设置GGH,例如:在我国已投入运行的大唐国际河北陡河发电厂200MW机组、江苏常熟发电厂3×600MW机组的烟气脱硫装置,以及南昌有色冶金设计研究院2005年设计,并已投入168h试运行的浙江省乌沙山发电厂4×600MW机组的烟气脱硫装置,均按不设烟气再热系统(GGH)来考虑。因此,有必要对湿法烟气脱硫工程中(WETFLUE GAS DESULFURIZATION)设置GGH的利弊进行分析。
2·设置GGH和不设GGH的利弊分析
2.1设置GGH的作用
(1)提高排烟温度和抬升高度
在湿法烟气脱硫系统中,利用约130℃的烟气,通过回转式或管式换热器,将吸收塔出口排烟温度从51℃升高到约80℃左右,从而提高烟气从烟囱排放时的抬升高度。根据对某电厂实际案例的计算,对于2×300MW机组合用一个烟囱,烟囱高度为210m,在环境湿度未饱和的条件下,安装与不安装GGH,烟气抬升高度分别为524m和274m,有明显的差异。
(2)降低污染物的落地浓度
因为烟气抬升高度的上升,使SO2、氮氧化物(NOx)等污染物的落地浓度降低,从而减轻对环境的污染。从环境质量的角度来看,在安装与不安装GGH,其主要污染物(SO2、粉尘和NOX)对地面浓度的影响,在同一个工程中对此进行了计算,计算结果见表1。
污染物的最大落地浓度点到烟囱的距离,安装和不安装GGH分别为10 529m和6 689m。从以上的计算结果可以看出,由于SO2和粉尘的源强度在脱硫和除尘之后大大降低,所以无论是否安装GGH,它们的影响只占环境的允许值的很小一部分。由于WFGD不能有效脱除NOx,NOx的源强度并没有降低,因此,是否安装GGH对于NOx的落地浓度有较大的影响,但是从上表看出,仍然只占环境的允许值的10%,因此对环境的影响不会很显著[2]。实际上,降低NOx对环境影响的根本措施还是在安装脱硝装置,通过扩散来降低落地浓度,只是一种权宜之计。
(3)减轻湿法脱硫后烟囱冒白烟问题
由于安装了WFGD系统之后从烟囱排出的烟气处于饱和状态,在环境温度较低时凝结水汽会形成白色的烟羽。在我国南方城市,这种烟羽一般只会在冬天出现;而在北方环境温度较低的地区,出现的几率较大。如果要完全消除白烟,必须将烟气加热到100℃以上。
2.2设置GGH带来的问题
(1)投资增加
以某电厂2×600MW燃煤机组烟气脱硫工程为例,该工程在WFGD装置中省却了GGH装置,其中2台GGH装置的设备费用达3 600万元,其他安装等费用达600万元,这样WFGD建设费用可节省约20%。
(2)脱硫系统运行故障增加
原烟气温度在GGH中由130℃降低到80℃,这样在GGH的热侧会产生大量粘稠的酸液,这些酸液对GGH的换热元件和壳体有很强的腐蚀,还会粘附大量烟气中的飞灰,形成固体结垢物,造成GGH结垢而堵塞,增加了脱硫系统运行故障率。
(3)增加相应的能耗、水耗
GGH需电机驱动,并有一定的阻力降,加上GGH在运行过程和停机后需要压缩空气、蒸汽和高压水冲洗,以去除换热元件上的集灰和酸沉积物,因此增加了相应的能耗、水耗。GGH冲洗后的废水含有很强的腐蚀性,必须进行专门的处理后才能排放。
(4)降低脱硫效率
GGH的原烟气侧向净烟气侧的泄漏会降低系统的脱硫效率,尽管回转式GGH的原烟气侧和净烟气侧之间的泄漏可以控制在1.0%以下,但毕竟是一种无谓的损失。
(5)不能避免尾部烟道和烟囱被腐蚀
由于对WFGD系统的性能尚未完全认识,多数人误认为脱硫后的净烟气通过GGH加热后,烟温升高至80℃,可以降低脱硫后烟气对下游设备的腐蚀倾向。但实践证明,烟气经过GGH加热后,烟温仍低于其酸露点,仍然会在尾部烟道和烟囱中产生新的酸凝结。因此,无论是否安装GGH,烟气脱硫湿法工艺的烟囱都必须采取防腐措施,并按湿烟囱进行设计。
2.3不设置GGH的优点
(1)降低WFGD系统的投资和运行费。具体的技术经济比较见表2,该表仍以某电厂2×600MW机组的WFGD系统为例;
(2)能耗降低。由于减少了GGH驱动电机及密封和低泄露风机功率大约200kW,增压风机的轴功率由于脱硫系统烟气阻力降低,大约可以节省800kW;
(3)提高系统的运行可靠性和可用率,减少维护和检修工作量;
(4)有利于总体布局,减少占地面积,炉后布置可优化,烟道和设备布置更为简洁合理,安装和维修通道及空间大,施工场地增加,施工安装更方便。
2.4不设置GGH带来的问题
(1)需要增加对原烟气的降温幅度,系统的水耗要比安装GGH增加约50%左右;
(2)净烟气温度较低,因此在环境空气中的水分接近饱和,而且气象扩散条件不好时烟气离开烟囱出口时会形成冷凝水滴,形成所谓“烟囱雨”;
(3)WFGD系统不能有效去除氮氧化物,所以必须对氮氧化物的落地浓度和最大落地浓度点进行核算,并取得有关环保部门的批准;
(4)不安装GGH的WFGD系统的烟气在烟囱中的凝结水量比较大,湿烟囱设计时相对较为复杂。由此可见,WFGD系统是否设置GGH,已成为脱硫系统设计而面临的一个争议点。随着火电厂脱硫技术的不断成熟,以及对WFGD系统的进一步认识,笔者认为:WFGD工艺中省去GGH在技术上是可行的,经济上是节约的。本文就此观点进行以下技术比较。
3·设置GGH方案与不设GGH方案的技术比较
湿法烟气脱硫系统中,是否设置烟气再热系统(GGH)对脱硫工程投资和经济运行有较大影响,下面以某电厂2×600MW机组,燃煤含硫量为0.6%,1炉1塔,全烟气脱硫,脱硫效率不低于90%,2台炉合用1座240m高的烟囱,钢内筒直径为6m的烟气脱硫工程为例。
(1)设置GGH与不设置GGH在WFGD系统的技术方案综合性能比较如表2。
由表2技术方案比较可以看出,设置GGH存在厂用电率增加、烟气泄漏量增加、布置较复杂、烟道长度增加、机组运行故障等不利因素。
(2)设置GGH与不设GGH方案的经济比较,对设置GGH与不设GGH两个方案的设备投资费用、年运行维护费用及年厂用电率等综合指标比较见表3。
注:电价:0.40元/（kW·h）,水价:1.0元/t。由表3可以看出,2台机组设GGH比不设GGH投资多增加约2 200万元,运行、维护费用增加560万元/a。因此,从经济指标角度考虑,不设置GGH有显著的技术经济优势。
4·结束语
通过对2×600MW是否设置GGH方案的技术经济分析可以看出:在石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中,不设置GGH在经济上占有一定优势,但对环境排放特别是NOx的排放也有一定的影响。为了保证脱硫系统安全长周期运行,降低投资和运行成本,减少维护维修工作量,可以免设GGH换热器,尤其是对那些无处安置GGH换热器装置的老电厂和一些经济效益不太好的小型发电厂,然而要免设GGH换热器的电厂,不能孤立地从单一工程出发考虑,需要综合本地区NOx的落地浓度整体综合考虑。
由于不安装GGH致使NOx排放对地面浓度有所增加的问题,主要应该依靠安装烟气脱硝装置来解决,而不应考虑强制要求安装弊多利少的GGH来回避问题。从经济角度来看,取消GGH之后节省的投资和运行费用,有可能补偿安装烟气脱硝所需的投资费用,这样可以削减NOx的排放总量,(而不是仅仅依靠扩散烟气来降低NOx的地面浓度)以达到治本的目标。
〔参考文献〕
[1]郝吉明,王书肖,陆永琪,等.燃煤SO2污染控制技术手册[M].北京:化学工业出版社,2002.
[2]许正涛,等.湿法烟气脱硫系统不设GGH的经济性及对环境影响的分析[J].电力环境保护,2005,2.
[3]张华,何强,等.湿法烟气脱硫中GGH对污染物扩散影响初探[J].电力环境保护,2005,2.
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