热二次风加热脱硫后净烟气在600 MW机组中的应用

倪迎春，张东平

(1.江苏利港电力有限公司，江苏 江阴 214444;2.南京工程学院环境工程系，江苏 南京 211167)

0 引言

江苏利港电厂四期2×600 MW机组为超临界燃煤机组，脱硫装置一炉一塔，采用石灰石石膏湿法。厂区北临长江，南侧为居民区，自从脱硫装置投运以来，每年冬天环境温度低，风向为西北风时，湿烟囱内烟气在居民周围凝结降落，俗称“石膏雨”，给居民及厂区的环境带来很大的影响，通过对脱硫系统的运行方式进行优化并对关键设备除雾器进行了相关改造，“石膏雨”现象有所缓解，但在天气寒冷时仍无法彻底解决，经过多方论证后决定寻求加热净烟气的方法来解决，加热方式在传统的GGH还是其他方法间进行了比较，最终确定了抽取锅炉热二次风的方法，改造工程完工后，在2012年9月投入运行后，彻底解决了“石膏雨”问题，取得了良好的社会效益和经济效益。

1 技术改造提出的原因

江苏利港电厂共有8台机组，分四期建设，脱硫装置全部采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，而且一、三、四期均不设GGH，采用湿烟囱排放脱硫后净烟气，烟囱内壁采用了宾高得防腐技术，从吸收塔出口的烟气温度比较低，全年一般在45～55℃之间，而且含有大量水蒸气，处于饱和状态，排放此湿烟气，在环境上带来以下几个问题[1]:(1)湿烟气的温度比较低，抬升高度较小，虽然经过脱硫工艺后，二氧化硫浓度大幅减少，但还是会含有一定量的二氧化硫、三氧化硫等酸性气体，抬升高度的降低，会造成区域地面污染物浓度相对较高;(2)凝结水和携带水可能造成烟囱下风向的降水，此降水与大气的相对湿度，烟气与环境之间的初始温度差等有关，一旦条件满足后降落，因烟气中携带的粉尘以及石膏浆液积聚在液滴中落到地面形成“石膏雨”，对环境造成污染，腐蚀锅炉钢架及设备与保温，也对周围的居民生活造成影响，居民的汽车玻璃、菜叶上面常会出现白色的斑点。因此，电厂决定通过技术改造来消除“石膏雨”现象，避免发生脱硫装置运行后带来的二次环境污染问题，要想完全彻底消除“石膏雨”现象，唯一的办法是对净烟气进行加热，因此电厂利用四期的2台600 MW机组大修的机会首先进行技术改造。

2 加热净烟气方案的确定

江苏利港电厂二期机组使用了GGH，在冬季寒冷季节净烟气温度一般在75℃左右，实际运行中观察未产生“石膏雨”现象，因此加热净烟气首先想到了GGH，但现实问题是四期机组现有的脱硫场地很难再布置下GGH，一定要布置的话要将原有烟道全部拆除。另外增加GGH后新增系统阻力在1 300 Pa左右，原有的2台增压风机需要更换，据初步估算，两台机组总投资高达8 000万元以上，整个施工周期较长。增加GGH后技术上还有一个换热元件积灰堵塞的问题难以避免，运行中如果对烟气中粉尘、除雾器冲洗等参数控制不当，换热元件堵塞会很快，利港3号GGH曾经发生堵塞严重导致增压风机压头无法满足机组带满负荷的情况，严重影响机组的安全与经济运行[2]。在目前脱硫装置烟气旁路挡板均已拆除的情况下，如发生类似情况，只能停机处理，大大降低了机组的可靠性。综上所述，只能舍弃增加GGH的方案。

对比四期机组送风机实际运行测试数据与性能保证值，发现送风机风量及风压裕量均较大，具有抽取部分热二次风加热净烟气的可能，该方案投资省，两台机组总投资约为1 000万元，施工方便，不需要机组停运很长时间来施工，日常的运行维护费用低。从热量平衡原理看，二次风加热脱硫出口净烟气技术所造成的经济损失是不可避免的，影响机组经济性数值比蒸汽加热器更大[3]，但对于该改造工程有一个非常有利的条件是现有烟囱是按照湿烟囱设计的，在“石膏雨”基本不会发生的夏季可以停运二次风加热，不用担心烟囱腐蚀问题，这部分停运时间可以大大降低全年的平均运行能耗，因此最终将方案选定为采用热二次风来加热脱硫后净烟气。

3 热二次风加热净烟气的实施过程

3.1 热风管道布置

将用于加热净烟气的热二次风管道从空预器A出口的热风道引出锅炉房，为了减少弯头阻力，以弯头斜向接出锅炉房，分别沿锅炉房侧向炉后，经过电除尘器、引风机室，以弯头斜接至脱硫塔出口水平净烟道的侧部。为了方便对抽取热二次风量进行调节，在热风管道上设置一个气动调节门和两个气动截止门，通过调节气动调节门开度来控制烟气加热温度，在不抽取热二次风时关断气动截止门和调节门来减少二次风的漏风量。混合处热风道支管插入净烟道内长度大约为300 mm，并采用了旋流装置，将热风道中的平行热风旋转起来进入净烟道，这样可以保证热二次风与净烟气充分的混合。为了保证加热风道热膨胀的需要，在每两个固定点之间加设非金属补偿器，以吸收加热风道的热位移，系统示意图见图1。

图1 抽取热二次风加热脱硫净烟气系统示意图Fig.1 Sketch map of extracting secondary-air heating desulfurized clean flue gas system

3.2 热二次风参数的确定

抽取热二次风加热净烟气，首先需要确定热二次风抽取点的压力、加热净烟气需要的热风量，经过对试验数据的总结及热力计算，确定了加热净烟气需要热风的压力及风量参数，见表1。

表1 BMCR工况下抽取热二次风加热脱硫净烟气设计参数Tab.1 Design parameters of extracting hot secondary-air heating desulfurized clean flue gas(BMCR condition)

续表

结合厂内二期脱硫GGH运行的实际经验，最终选择了净烟温度为72℃的设计方案。

4 应用情况分析

4.1 实际投运数据

机组BMCR工况下，热二次风投运后的实际运行数据见表2。

表2 抽取热二次风加热脱硫净烟气实际运行数据Tab.2 Operation data of extracting hot secondary-airheating desulfurized clean flue gas

4.2 改造取得的效果

四期2台600 MW机组热二次风加热净烟气改造工程于2012年9月完成，投运后在多种气象条件下进行了实地观察，并且对比了3期未改造的2台600 MW机组，效果非常明显。特别是在2012年12月25日早，当时环境温度-3℃左右，在全年属于气温比较低的时间段，在距离四期机组烟囱下风向100 m，200 m，500 m以及更远的范围内，观察均无“石膏雨”现象，而在相邻仍未改造的3期机组烟囱下风向200 m范围内已经有明显的液滴落下，对比的效果非常明显。其它环境温度稍高的情况，更没有观察到“石膏雨”现象，影响视觉的白色烟羽也随之消失。

4.3 对机组经济性及安全性的影响

(1)对于BMCR工况，根据文献[3]的理论分析，将脱硫后净烟气温度抬升了20℃，对单位体积的烟气而言，其损失相当于排烟温度升高了20℃，依据热量平衡原理，将净烟气的量折算到空气预热器出口的量，相当于排烟温度升高了22.4℃。这就是说，从二次热风中抽走的那部分二次风所携带的热量相当于每千克燃煤的烟气量排烟温度升高22.4℃所携带的热量。扣除二次风量增加带来的锅炉排烟温度下降值12.4℃，相当于锅炉排烟温度升高了10℃，根据该机组热效率测试的经验数据，使锅炉热效率降低了0.6%左右，以机组供电煤耗率296 g/(kW·h)计算，使机组供电煤耗率增加了约1.8 g。

(2)BMCR工况实际抽取的热二次风量为251 t/h，这部分风量占整个送入炉膛二次风量的12.8%。因为送风机风量的增加，使两台送风机的总功率增加了353 kW，占送风机总功率的23.5%，影响了厂用电率上升0.06%左右。

(3)引风机及增压风机的功率基本没有变化。

(4)任何工况下，热二次风联通管的母管压力只要高于0.35 kPa，就能够保证足够的热二次风去脱硫净烟道，抽取热二次风的过程中对锅炉燃烧调整无影响。

4.4 对环保及其他指标的影响

(1)吸收塔入口烟气温度降低了12.4℃，根据脱硫系统水平衡计算，温度每降低5℃，吸收塔水耗能够降低 2.62 kg/1000 Nm3干烟气[4，5]，以四期单台600 MW机组的烟气量计算，每小时可以节约工艺水耗量13.1 t。

(2)抽取热二次风后，净烟气氧量增加1.5%，对于烟囱排口处的SO2及NOx的折算值没有影响。

(3)机组在脱硝改造过程中，将空预器换热元件改为镀搪瓷元件，因此排烟温度的降低对于空预器的正常运行影响不大。

5 结论

(1)热二次风加热脱硫后净烟气在原理及实践中均是可行的，当加热净烟气温度在72℃以上时，可以完全彻底的消除“石膏雨”现象。

(2)热二次风加热脱硫后净烟气，投资省，改造设备少，能充分利用原有设备的裕量，对锅炉燃烧无影响。对于原烟囱已经采取防腐技术的电厂，还可以根据环境温度投停热二次风，运行方式灵活，运行费用也将大幅减少，因此，比较适合因“石膏雨”问题困扰而需要改造的机组。

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[2]倪迎春.电厂GGH积灰结垢的原因分析与处理措施[J].电力科学与工程，2010，26(8):61-64.Ni Yingchun.Reason analysis and handing measures of serious#3GGH fouling and scaling in ligang power plant[J].Electric Power Science and Engineering，2010，26(8):61-64.

[3]王春昌.掺二次热风加热脱硫出口净烟气技术的经济性[J].中国电力，2012，45(1):37-40.Wang Chunchang.Economical efficiency of the technology using secondary hot air for heating cleaned outlet flue gas of the FGD[J].Electric Power，2012，45(1):37-40.

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[5]陆相东，倪迎春.烟气余热回收装置在2×350 MW相组中的应用[J].电力科学与工程，2011，27(10):74-78.Lu Xiangdong，Ni Yingchun.Discussion on application of flue gas waste heat recovery device in 2×350 MW units[J].Electric Power Science and Engineering，2011，27(10):74-78.