烟气换热器及其在燃煤电厂烟气治理中的作用

郭 滢，刘含笑，崔 盈，李文华，郭 链

(1.浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800；2：浙江浙能温州发电有限公司，浙江 乐清 325602)

资源与环境

烟气换热器及其在燃煤电厂烟气治理中的作用

郭 滢1，刘含笑1，崔 盈1，李文华2，郭 链1

(1.浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800；2：浙江浙能温州发电有限公司，浙江 乐清 325602)

本文简单介绍了烟气换热器的主要型式、布置方式及布置烟气换热器的典型烟气污染物控制技术路线。以低低温电除尘为核心的烟气协同治理技术路线中，烟气换热器中烟温降低对颗粒团聚的促进作用，配合电除尘器及湿法脱硫，可经济高效的实现燃煤电厂的烟尘超低排放，具有较好的应用前景。

燃煤电厂；烟气换热器；低低温电除尘器；颗粒团聚

我国燃煤电厂烟气超低排放与节能改造政策已全面实施。2014年9月12日，国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合发布《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》，从国家层面出台了燃煤电厂烟气超低排放政策；2015年12月11日，三部委又联合发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(环发〔2015〕164号)，要求到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放。根据国家“节能减排”战略要求，“节能环保”重大技术装备列入了国家支持的新兴战略产业，《能源发展“十三五”规划》(发改能源〔2016〕2744号)中提到，全面实施燃煤机组超低排放与节能改造，推广应用清洁高效煤电技术，严格执行能效环保标准；《煤炭工业发展“十三五”规划》(发改能源〔2016〕2714号)指出，将推进重点耗煤行业节能减排，采用先进高效脱硫、脱硝、除尘技术，全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，加大能耗高、污染重煤电机组改造和淘汰力度；《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》(国能煤炭[2015]141号)规定，以“全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300g标准煤/kWh”为主要目标，发展超低排放燃煤发电，加快现役燃煤机组升级改造。

随着国家节能减排政策的趋严，尤其是自2014年国家层面出台燃煤电厂烟气超低排放政策以来，烟气换热器在燃煤电厂烟气治理中的作用日益凸显。

1 烟气换热器简介

烟气换热器按温度范围划分，可大致划分为高温烟气换热器(≥450℃)、中温烟气换热器(220～450℃)和低温烟气换热器(≤220℃)；根据换热介质的不同，可分为烟气-蒸汽换热器、烟气-水换热器、烟气-烟气换热器等；根据换热器翅片的型式不同，可分为螺旋翅片管换热器、H型翅片管换热器、针形翅片管换热器等，如图1所示，其中螺旋翅片管、针形翅片管较易积灰，而H型翅片管抗积灰性能、抗磨性能好，且具有较好的自清灰功能，强化传热性能好。

图1 按翅片管形状划分烟气换热器

低温段烟-烟换热器较早见于日本文献报道，即GGH换热器，英文全称：Gas Gas Heater，主要布置于电除尘器前，将烟气温度降低至烟气酸露点以下，然后将热量用于加热烟囱前烟气，用于提高排烟温度，根据换热器结构不同，可分为分离封闭式烟-烟换热器和旋转再热式烟-烟换热器，如图2所示。

图2 低温烟-烟换热器

根据低温段烟气换热器布置位置不同可分为烟气冷却器和烟气再热器。烟气冷却器布置在空预器之后、电除尘器之前，或除尘器与脱硫塔之间，利用锅炉排烟余热加热凝结水、循环水或其他工质降低排烟温度的换热器；烟气再热器布置在脱硫塔之后、烟囱之前，利用在烟气冷却器内吸收热量的循环水或其他工质加热湿法脱硫装置后净烟气的换热器。

图3 氟塑料换热器

另外，近年来，随着材料技术的发展，除了金属换热器之外，氟塑料换热器也逐渐开始在工程上使用，如图3所示。该技术用氟塑料(有PTFE和PFA等)替代ND钢，氟塑料换热器在200℃以下的各种强腐蚀性介质的换热，如硫酸、腐蚀性极强的氯化物溶液﹑醋酸和苛性介质的冷却或加热。不但能解决耐腐蚀问题，还可以回收比金属低温省煤器更多的热量(换热端差大)，据不完全统计，同类技术和产品已在全球的电厂(超过百台套)中应用多年，例如在德国黑泵电厂800MW机组上有近20年的应用实例。在中国，由于电力行业近两年才开始应用此类设备，进入中国市场时间较短，目前已经有600MW的业绩。

2 低温烟气换热器布置方式及典型技术路线

结合文献调研及已有的工程经验，归纳低温烟气换热器用于辅助烟气污染物治理的布置方式主要有以下两种方式，分别如图4、图5所示。两条技术路线中当不设置烟气再热器时，烟气冷却器处的换热量按上图①所示回收至汽机回热系统；当设置烟气再热器时，烟气冷却器处的换热量按上图②所示至烟气再热器。

对于技术路线1(图4)，即以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线，是目前主流的布置方式。该技术通过降低电除尘器入口的烟气温度至酸露点以下，降低飞灰比电阻，并改善飞灰性质，提高电场击穿电压，减少烟气量，这些变化均可大幅提高电除尘器的除尘效率，且当热量用于汽机回热系统，作为一级低加使用时，可实现热量回收，降低电厂煤耗。

图4 技术路线1

图5 技术路线2

3 烟气换热器中烟温降低对颗粒团聚的促进作用

当烟气温度低于酸露点以后，烟气中的气态SO3会冷，并吸收烟气中的水分,形成硫酸雾滴，硫酸是具有极强吸水性的，当硫酸雾滴被吸附到粉尘颗粒表面后，有效增加了飞灰颗粒的吸湿性，会继续吸收烟气中水分，进而增强颗粒表面粘性，当两飞灰颗粒表面之间的液膜相互接触时，表面张力可形成“液桥”，将两颗粒“拉”在一起，有效团聚，低低温工况下飞灰颗粒的团聚过程示意如图6所示。

图6 低低温工况下颗粒凝并过程

为简化分析，借助商业CFD软件，引入2d-LES湍流模型，采用离散相模型(DPM)计算颗粒运动轨迹，采用颗粒群平衡模型(PBM)计算颗粒团聚，计算结果分别如图7、图8所示。颜色不同表示颗粒粒径不同，红色颗粒粒径大，蓝色颗粒粒径小，不同粒径颗粒运动的速度大小和方向差异明显，轨迹交叉度高，且存在明显局部富集效应，为颗粒团聚提供条件。如图8所示，随时间推移，小粒径颗粒逐渐减少，大粒径颗粒逐渐增多，颗粒团聚效果显著。

图7 颗粒运动轨迹

图8 粒径分布随时间的演变

4 结语

烟气换热器在燃煤电厂烟气治理中的作用日益凸显，尤其是针对以低低温电除尘为核心的烟气协同治理技术路线，配合电除尘器及湿法脱硫，可经济高效的实现燃煤电厂的烟尘超低排放，具有较好的应用前景。

烟气换热器中烟温降低对颗粒团聚的促进作用是近年来业内研究的热点，尚需更多试验及理论数据佐证。

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(本文文献格式：郭 滢，刘含笑，崔 盈，等.烟气换热器及其在燃煤电厂烟气治理中的作用[J].山东化工,2017,46(13):161-163,169.)

Flue Gas Heater and It's Function in the Flue Gas Control for Coal-fired Power Plant

GuoYing1,LiuHanxiao1，CuiYing1,LiWenhua1，GuoLian1

(1.Feida Environmental Protection Technology Co., Ltd., Zhuji 311800,China;2.Zhejiang Zhe'neng Wenzhou Power Plant Co., Ltd.,Leqing 325602,China)

In this paper,the main type of flue gas heat exchanger,arrangement and the arrangement of the typical flue gas pollution control technology for flue gas heater was simply introduced. In the technical route with the LL-ESP as key,temperature lowering in flue gas heat exchanger can improve the particles coagulation,cooperate with ESP and WFGD,flue gas ultra-low emissions of coal-fired power plants can be reach easily and efficiently,which has good application prospect.

coal-fired power plant；flue gas heater；LL-ESP；particles coagulation

2017-04-28

国家高技术研究发展计划(2013AA065002)；国家重点研发计划(2016YFC0203704)；国家重点研发计划(2016YFC0209107)

郭 滢(1985—)，男，浙江诸暨人，工程师，主要从事燃煤电站环保岛及湿式电除尘技术研究；通讯作者：刘含笑(1987—)，男，硕士，电除尘器研究所所长助理。

X701.2

B

1008-021X(2017)13-0161-03