超低排放开式循环WGGH系统在苏龙热电的应用

徐志强

（江阴苏龙热电有限责任公司，江苏江阴214442）

超低排放开式循环WGGH系统在苏龙热电的应用

徐志强

（江阴苏龙热电有限责任公司，江苏江阴214442）

锅炉烟气超低排放要求脱硫后的净烟气加热到80℃以上，我国目前正大量采用水媒式烟气-烟气换热器（WGGH）系统，实现脱硫前的高温烟气加热脱硫后的低温烟气。针对锅炉排烟温度变化大、锅炉排烟温度较高时烟气冷却器回收的热量多于净烟气加热所需热量的问题，提出了一种开式循环WGGH系统，并利用现场运行数据说明了该系统的有效性。

锅炉排烟；超低排放；WGGH系统；环保节能

随着我国经济建设的不断发展，环境污染非常严重，雾霾天气造成人们的生活质量下降。作为燃用50%煤炭的大户，火力发热电净化烟气，实现超低排放的要求摆到了电力工程师的面前。所谓超低排放是指燃煤锅炉的大气污染物排放浓度达到GB13223—2011标准中燃汽轮机组的大气污染物排放标准，即NOx浓度≤50 mg/m3，SO2浓度≤35 mg/m3，烟尘浓度≤5 mg/m3。

目前火力发电厂用于烟气净化实现烟尘超低排放的主要技术措施是：电气除尘器前设置烟气冷却器，将进入电气除尘器的烟气温度降到90℃左右，实现低低温电气除尘；在烟气湿法脱硫塔后面加装湿法电除尘器进一步除尘；最后再设置净烟气加热器将净烟气温度提高到80℃左右排向大气。文中针对燃煤电厂超低排放要求，介绍了一种开环水媒式烟气-烟气换热器（WGGH）系统及其在苏龙热电公司的应用，现场运行数据说明了该系统的有效性。

1　锅炉排烟温度及排放要求

锅炉尾部烟气的净化处理从锅炉排烟到烟囱排放之间。目前我国电站锅炉在设计和运行中，排烟温度基本上没有要求自动控制［1］，随着煤种、冬夏季气温、昼夜间气温以及机组负荷的变化而被动地自然变化，对锅炉效率和低温腐蚀的影响随其自然［2］。

外界气温的变化在冬夏季会相差20～50℃，对锅炉排烟温度的影响为10～30℃，也就是说：如果冬季气温低时锅炉排烟温度110℃，那么在夏季气温高时锅炉排烟温度将达到140℃。一般在锅炉设计时取环境温度为20℃，对应的锅炉设计排烟温度125℃左右。机组负荷变化带来的排烟温度的变化也非常明显，表1列出了135 MW机组排烟温度与机组负荷的对应数据。

从表1可见，机组BMCR工况的锅炉排烟温度比50%BMCR工况高31℃。所以对锅炉尾部烟气净化处理而言，入口的烟气温度多变，给烟气净化处理的高要求带来了一定的难度。

表1　锅炉排烟温度与机组负荷的对应数据

烟气净化处理实现超低排放技术措施第一步是电气除尘器前面设置烟气冷却器，将进入电气除尘器的烟气温度降低到90℃左右，实现低低温电气除尘［3］。

火电厂烟囱白烟滚滚的景象随处可见，超低排放的技术指标之一就是将烟气排放温度提高到80℃左右，保护烟道、烟囱免于露点腐蚀［4］，同时提高烟囱出口处烟气抬升高度和扩散半径，消除白烟。

超低排放烟气净化处理的第二步就是烟气脱硫，目前常用的绝大部分脱硫方式是湿法脱硫，脱硫塔出来的烟气温度约为50℃。所以需要设置烟气再热器将脱硫后的烟气加热到80℃。

2　 WGGH系统的特点

WGGH系统的基本原理如图1所示。WGGH系统的热媒水是一种热量载体，起输送热量的作用。热媒水在烟气冷却器内吸热使原烟气降温冷却，吸热升温后的热媒水循环到烟气再热器放热使净烟气升温，放热后的热媒水降温后再循环到烟气冷却器吸热升温，循环往复。由于热媒水封闭循环，所以叫做闭式循环WGGH系统。闭式循环的热量平衡遵循下面的公式：

式中：Qyqfr为热媒水在烟气冷却器回收的热量，kJ/kg；Qjyqzr为热媒水在净烟气再热器放出的热量，kJ/kg；Vyqll为流经烟气冷却器的烟气流量，kg/s；Ryqbr为流经烟气冷却器的烟气比热，kg/kg；Tyqj为烟气冷却器烟气进口温度，℃；Tyqc为烟气冷却器烟气出口温度，℃；Vjyqll为流经净烟气再热器的烟气流量，kg/s；Rjyqbr为流经净烟气再热器的烟气比热，kg/kg；Tjyqj为净烟气再热器烟气进口温度，℃；Tjyqc为净烟气再热器烟气出口温度，℃。

图1　闭式循环WGGH系统

在实际工程实践中，烟气冷却器烟气流量基本等于净烟气再热器的烟气流量，二者差距小于3%；烟气冷却器烟气比热基本等于净烟气再热器的烟气比热，二者差距小于3%。净烟气再热器的烟气温升基本上是一个固定值，即：Tjyqj-Tjyqc=30℃；但烟气冷却器的烟气温降是一个变化的值，即：Tjyqj-Tjyqc=（150～110）℃-90℃=（60～20）℃。

当烟气冷却器烟气温降小于30℃时，采用辅助蒸汽补热系统就可以满足净烟气再热器的热量需求。

但当烟气冷却器烟气温降达到50℃时，闭式循环就要求净烟气再热器将净烟气加热升温到100℃左右，才能使热量平衡，维持循环不断。单纯将净烟气再热器传热面积加大可以满足这一工况的热量传递要求，当烟气冷却器温降幅度小于50℃甚至达到30℃时，庞大的净烟气再热器传热面积势必将热媒水温度降得很低，烟气冷却器和净烟气再热器的低温腐蚀就会接踵而至，安全运行没有保障。

发生上述情况时，在设计和运行中势必出现另一种情况，即：烟气冷却器出口烟气温度高于90℃达到100℃，净烟气再热器出口烟气温度高于80℃达到90℃，从而使烟气冷却器烟气放热量等于净烟气再热器的烟气吸热量，维持热媒水闭式循环不断。这种妥协的结果有二：一是实现不了90℃低低温电气除尘的功能；二是净烟气再热器由于传热面积增大使得造价增加很多。

3　开式循环WGGH系统

鉴于闭式循环在技术上具有上述客观缺陷，必须采用其他方式解决这一热量平衡问题。

苏龙热电在已经设置低温省煤器的情况下，对WGGH进行改造，采取了一种开式循环WGGH系统，解决了这一热量平衡的问题。图2示出了苏龙热电2× 300 MW机组和4×135 MW机组采用的开式循环WGGH系统。烟气冷却器的凝结水来自6号低加入口，设计烟气温度从150℃降低到110℃，凝结水温度从80℃提高到100℃再返回6号低加入口进入6号低加继续加热。

图2应用于苏龙热电的开式循环WGGH系统

图2所示系统与单纯的烟气冷却器系统很类似，从烟气冷却器出来的凝结水不是马上返回6号低加入口，而是先进入净烟气再热器加热净烟气到80℃，然后再返回6号低加入口进入6号低加继续加热。在单纯烟气冷却器系统，凝结水离开低压抽汽回热系统大约5 min被加热升温后再返回低加抽汽回热系统；而在开式循环WGGH系统，凝结水离开低压抽汽回热系统大约7 min被加热升温再放热降温后再返回低加抽汽回热系统。由于整个系统始终充满凝结水，所以只影响运行之初的充水量，不影响汽轮机系统的水平衡。

由于开式循环WGGH系统将烟气冷却器内的凝结水吸热量和净烟气再热器内的凝结水放热量区别开来，不要求公式（1）所示的相等关系，使得烟气冷却器出口烟气温度90℃的要求与净烟气再热器出口烟气温度80℃的要求没有关联，二者分别调节。通过调节进入烟气冷却器的进口凝结水流量，实现烟气冷却器出口烟气温度达到90℃；通过调节进入净烟气再热器的进口凝结水流量，实现净烟气再热器出口烟气温度达到80℃；如此实现各自自动调节到设计值，顺势解决了闭式循环WGGH系统必须热量平衡造成的难以实现烟气冷却器出口烟气温度和净烟气再热器出口烟气温度无法同时调节到设计要求温度的缺陷。图2仅仅是简化了的原理图，用于说明开式WGGH系统原理，具体工程应该根据不同用户的要求加以细化。

4　开式循环WGGH系统的应用实践

苏龙热电锅炉烟气余热回收利用技术改造始于2012年，当时电气除尘器厂家确定电气除尘器进口烟气温度控制在（110±2）℃。2014年初，电力行业提出了锅炉烟气超低排放的目标，苏龙热电率先进行了超低排放技术攻关和工程实践，加装了净烟气再热器，与原有烟气冷却器组成WGGH系统。

系统热媒水循环流程：来自6号低加入口的80℃凝结水→烟气冷却器，吸收烟气热量升温到113℃→净烟气再热器，放热降温到88℃→6号低加，形成图2所示的开式循环WGGH系统。首套开式循环WGGH系统于2014年7月成功投运于苏龙热电3号、4号机组。运行6个月后停炉检查，烟气冷却器和净烟气再热器受热面没有低温腐蚀迹象，也没有磨损、堵灰现象，系统设计和运行数据详见表2。

表2　首套开式循环WGGH系统数据

从表2可见，烟气冷却器烟气温降38℃，净烟气再热器烟气温升25℃，净烟气再热器水侧旁路调节阀开度14%，返回6号低加的凝结水温度88℃，成功实现了净烟气合理加热到设计排放温度，多余热量进入汽轮机低压抽汽回热系统，减少了6号低加抽汽量，降低了机组煤耗。

5　结束语

针对锅炉排烟温度变化幅度大的特点，采用开式循环WGGH系统是合理选择，在满足超低排放烟气温度需要的前提下，不仅使WGGH系统设备设计、造价合理，而且还能起到一定的降低机组煤耗的作用。苏龙热电首套开式循环WGGH系统的成功投运证明了该系统简单、可靠、安全，为电力行业实现超低排放在净烟气加热方面提供了一种经济而有效的手段。

［1］赵之军，朱其远，严洪强，等.论电站锅炉排烟温度的自动控制［J］.动力工程，2002，22（5）：1949-1955.

［2］邵国桢，张兴无，赵之军，等.动态控制锅炉低温腐蚀和节能的有效措施［J］.动力工程，2003，23（1）：2039-2042.

［3］赵之军，冯伟忠，张 岭，等.电站锅炉排烟余热回收的理论分析与工程实践［J］.动力工程，2009，29（11）：994-997.

［4］张基标，郝 为，赵之军，等.锅炉烟气低温腐蚀的理论研究和工程实践［J］.动力工程，2011，31（10）：730-733.

Application of Ultra-low Emission Open-cycle WGGH System in Sulong Thermal Power Plant

XU Zhiqiang
（Jiangyin Sulong Thermal Power Generation Co.Ltd.，Jiangyin 214442，China）

Ultra-low emission requires that the gas temperature after desulfuration treatment should be above 80℃.Currently，the high temperature gas before performing desulfuration is used to heat the low temperature gas entering the WGGH system. It is found that when the boiler exhaust gas temper is high，the heat absorbed by the gas cooler is more than that needed for heating flue gas.Besides，large variations are also frequently encountered.For these issues，in this paper，we propose a open-cycle WGGH system，and the effectiveness of this system has been confirmed by field operational data.

boiler exhaust gas；ultra-low emission；WGGH system；energy conservation and environment protection

TK223.7

B

1009-0665（2015）03-0075-03

2014-12-11；

2015-03-02

徐志强（1973），男，江苏江阴人，高级工程师，从事火力发电厂技术创新和生产管理工作。