超低排放開式循環WGGH系統在蘇龍熱電的應用

徐志強

（江陰蘇龍熱電有限責任公司，江蘇江陰214442）

超低排放開式循環WGGH系統在蘇龍熱電的應用

徐志強

（江陰蘇龍熱電有限責任公司，江蘇江陰214442）

鍋爐煙氣超低排放要求脫硫后的凈煙氣加熱到80℃以上，我國目前正大量采用水媒式煙氣-煙氣換熱器（WGGH）系統，實現脫硫前的高溫煙氣加熱脫硫后的低溫煙氣。針對鍋爐排煙溫度變化大、鍋爐排煙溫度較高時煙氣冷卻器回收的熱量多于凈煙氣加熱所需熱量的問題，提出了一種開式循環WGGH系統，并利用現場運行數據說明了該系統的有效性。

鍋爐排煙；超低排放；WGGH系統；環保節能

隨著我國經濟建設的不斷發展，環境污染非常嚴重，霧霾天氣造成人們的生活質量下降。作為燃用50%煤炭的大戶，火力發熱電凈化煙氣，實現超低排放的要求擺到了電力工程師的面前。所謂超低排放是指燃煤鍋爐的大氣污染物排放濃度達到GB13223—2011標準中燃汽輪機組的大氣污染物排放標準，即NOx濃度≤50 mg/m3，SO2濃度≤35 mg/m3，煙塵濃度≤5 mg/m3。

目前火力發電廠用于煙氣凈化實現煙塵超低排放的主要技術措施是：電氣除塵器前設置煙氣冷卻器，將進入電氣除塵器的煙氣溫度降到90℃左右，實現低低溫電氣除塵；在煙氣濕法脫硫塔后面加裝濕法電除塵器進一步除塵；最后再設置凈煙氣加熱器將凈煙氣溫度提高到80℃左右排向大氣。文中針對燃煤電廠超低排放要求，介紹了一種開環水媒式煙氣-煙氣換熱器（WGGH）系統及其在蘇龍熱電公司的應用，現場運行數據說明了該系統的有效性。

1　鍋爐排煙溫度及排放要求

鍋爐尾部煙氣的凈化處理從鍋爐排煙到煙囪排放之間。目前我國電站鍋爐在設計和運行中，排煙溫度基本上沒有要求自動控制［1］，隨著煤種、冬夏季氣溫、晝夜間氣溫以及機組負荷的變化而被動地自然變化，對鍋爐效率和低溫腐蝕的影響隨其自然［2］。

外界氣溫的變化在冬夏季會相差20～50℃，對鍋爐排煙溫度的影響為10～30℃，也就是說：如果冬季氣溫低時鍋爐排煙溫度110℃，那么在夏季氣溫高時鍋爐排煙溫度將達到140℃。一般在鍋爐設計時取環境溫度為20℃，對應的鍋爐設計排煙溫度125℃左右。機組負荷變化帶來的排煙溫度的變化也非常明顯，表1列出了135 MW機組排煙溫度與機組負荷的對應數據。

從表1可見，機組BMCR工況的鍋爐排煙溫度比50%BMCR工況高31℃。所以對鍋爐尾部煙氣凈化處理而言，入口的煙氣溫度多變，給煙氣凈化處理的高要求帶來了一定的難度。

表1　鍋爐排煙溫度與機組負荷的對應數據

煙氣凈化處理實現超低排放技術措施第一步是電氣除塵器前面設置煙氣冷卻器，將進入電氣除塵器的煙氣溫度降低到90℃左右，實現低低溫電氣除塵［3］。

火電廠煙囪白煙滾滾的景象隨處可見，超低排放的技術指標之一就是將煙氣排放溫度提高到80℃左右，保護煙道、煙囪免于露點腐蝕［4］，同時提高煙囪出口處煙氣抬升高度和擴散半徑，消除白煙。

超低排放煙氣凈化處理的第二步就是煙氣脫硫，目前常用的絕大部分脫硫方式是濕法脫硫，脫硫塔出來的煙氣溫度約為50℃。所以需要設置煙氣再熱器將脫硫后的煙氣加熱到80℃。

2　 WGGH系統的特點

WGGH系統的基本原理如圖1所示。WGGH系統的熱媒水是一種熱量載體，起輸送熱量的作用。熱媒水在煙氣冷卻器內吸熱使原煙氣降溫冷卻，吸熱升溫后的熱媒水循環到煙氣再熱器放熱使凈煙氣升溫，放熱后的熱媒水降溫后再循環到煙氣冷卻器吸熱升溫，循環往復。由于熱媒水封閉循環，所以叫做閉式循環WGGH系統。閉式循環的熱量平衡遵循下面的公式：

式中：Qyqfr為熱媒水在煙氣冷卻器回收的熱量，kJ/kg；Qjyqzr為熱媒水在凈煙氣再熱器放出的熱量，kJ/kg；Vyqll為流經煙氣冷卻器的煙氣流量，kg/s；Ryqbr為流經煙氣冷卻器的煙氣比熱，kg/kg；Tyqj為煙氣冷卻器煙氣進口溫度，℃；Tyqc為煙氣冷卻器煙氣出口溫度，℃；Vjyqll為流經凈煙氣再熱器的煙氣流量，kg/s；Rjyqbr為流經凈煙氣再熱器的煙氣比熱，kg/kg；Tjyqj為凈煙氣再熱器煙氣進口溫度，℃；Tjyqc為凈煙氣再熱器煙氣出口溫度，℃。

圖1　閉式循環WGGH系統

在實際工程實踐中，煙氣冷卻器煙氣流量基本等于凈煙氣再熱器的煙氣流量，二者差距小于3%；煙氣冷卻器煙氣比熱基本等于凈煙氣再熱器的煙氣比熱，二者差距小于3%。凈煙氣再熱器的煙氣溫升基本上是一個固定值，即：Tjyqj-Tjyqc=30℃；但煙氣冷卻器的煙氣溫降是一個變化的值，即：Tjyqj-Tjyqc=（150～110）℃-90℃=（60～20）℃。

當煙氣冷卻器煙氣溫降小于30℃時，采用輔助蒸汽補熱系統就可以滿足凈煙氣再熱器的熱量需求。

但當煙氣冷卻器煙氣溫降達到50℃時，閉式循環就要求凈煙氣再熱器將凈煙氣加熱升溫到100℃左右，才能使熱量平衡，維持循環不斷。單純將凈煙氣再熱器傳熱面積加大可以滿足這一工況的熱量傳遞要求，當煙氣冷卻器溫降幅度小于50℃甚至達到30℃時，龐大的凈煙氣再熱器傳熱面積勢必將熱媒水溫度降得很低，煙氣冷卻器和凈煙氣再熱器的低溫腐蝕就會接踵而至，安全運行沒有保障。

發生上述情況時，在設計和運行中勢必出現另一種情況，即：煙氣冷卻器出口煙氣溫度高于90℃達到100℃，凈煙氣再熱器出口煙氣溫度高于80℃達到90℃，從而使煙氣冷卻器煙氣放熱量等于凈煙氣再熱器的煙氣吸熱量，維持熱媒水閉式循環不斷。這種妥協的結果有二：一是實現不了90℃低低溫電氣除塵的功能；二是凈煙氣再熱器由于傳熱面積增大使得造價增加很多。

3　開式循環WGGH系統

鑒于閉式循環在技術上具有上述客觀缺陷，必須采用其他方式解決這一熱量平衡問題。

蘇龍熱電在已經設置低溫省煤器的情況下，對WGGH進行改造，采取了一種開式循環WGGH系統，解決了這一熱量平衡的問題。圖2示出了蘇龍熱電2× 300 MW機組和4×135 MW機組采用的開式循環WGGH系統。煙氣冷卻器的凝結水來自6號低加入口，設計煙氣溫度從150℃降低到110℃，凝結水溫度從80℃提高到100℃再返回6號低加入口進入6號低加繼續加熱。

圖2應用于蘇龍熱電的開式循環WGGH系統

圖2所示系統與單純的煙氣冷卻器系統很類似，從煙氣冷卻器出來的凝結水不是馬上返回6號低加入口，而是先進入凈煙氣再熱器加熱凈煙氣到80℃，然后再返回6號低加入口進入6號低加繼續加熱。在單純煙氣冷卻器系統，凝結水離開低壓抽汽回熱系統大約5 min被加熱升溫后再返回低加抽汽回熱系統；而在開式循環WGGH系統，凝結水離開低壓抽汽回熱系統大約7 min被加熱升溫再放熱降溫后再返回低加抽汽回熱系統。由于整個系統始終充滿凝結水，所以只影響運行之初的充水量，不影響汽輪機系統的水平衡。

由于開式循環WGGH系統將煙氣冷卻器內的凝結水吸熱量和凈煙氣再熱器內的凝結水放熱量區別開來，不要求公式（1）所示的相等關系，使得煙氣冷卻器出口煙氣溫度90℃的要求與凈煙氣再熱器出口煙氣溫度80℃的要求沒有關聯，二者分別調節。通過調節進入煙氣冷卻器的進口凝結水流量，實現煙氣冷卻器出口煙氣溫度達到90℃；通過調節進入凈煙氣再熱器的進口凝結水流量，實現凈煙氣再熱器出口煙氣溫度達到80℃；如此實現各自自動調節到設計值，順勢解決了閉式循環WGGH系統必須熱量平衡造成的難以實現煙氣冷卻器出口煙氣溫度和凈煙氣再熱器出口煙氣溫度無法同時調節到設計要求溫度的缺陷。圖2僅僅是簡化了的原理圖，用于說明開式WGGH系統原理，具體工程應該根據不同用戶的要求加以細化。

4　開式循環WGGH系統的應用實踐

蘇龍熱電鍋爐煙氣余熱回收利用技術改造始于2012年，當時電氣除塵器廠家確定電氣除塵器進口煙氣溫度控制在（110±2）℃。2014年初，電力行業提出了鍋爐煙氣超低排放的目標，蘇龍熱電率先進行了超低排放技術攻關和工程實踐，加裝了凈煙氣再熱器，與原有煙氣冷卻器組成WGGH系統。

系統熱媒水循環流程：來自6號低加入口的80℃凝結水→煙氣冷卻器，吸收煙氣熱量升溫到113℃→凈煙氣再熱器，放熱降溫到88℃→6號低加，形成圖2所示的開式循環WGGH系統。首套開式循環WGGH系統于2014年7月成功投運于蘇龍熱電3號、4號機組。運行6個月后停爐檢查，煙氣冷卻器和凈煙氣再熱器受熱面沒有低溫腐蝕跡象，也沒有磨損、堵灰現象，系統設計和運行數據詳見表2。

表2　首套開式循環WGGH系統數據

從表2可見，煙氣冷卻器煙氣溫降38℃，凈煙氣再熱器煙氣溫升25℃，凈煙氣再熱器水側旁路調節閥開度14%，返回6號低加的凝結水溫度88℃，成功實現了凈煙氣合理加熱到設計排放溫度，多余熱量進入汽輪機低壓抽汽回熱系統，減少了6號低加抽汽量，降低了機組煤耗。

5　結束語

針對鍋爐排煙溫度變化幅度大的特點，采用開式循環WGGH系統是合理選擇，在滿足超低排放煙氣溫度需要的前提下，不僅使WGGH系統設備設計、造價合理，而且還能起到一定的降低機組煤耗的作用。蘇龍熱電首套開式循環WGGH系統的成功投運證明了該系統簡單、可靠、安全，為電力行業實現超低排放在凈煙氣加熱方面提供了一種經濟而有效的手段。

［1］趙之軍，朱其遠，嚴洪強，等.論電站鍋爐排煙溫度的自動控制［J］.動力工程，2002，22（5）：1949-1955.

［2］邵國楨，張興無，趙之軍，等.動態控制鍋爐低溫腐蝕和節能的有效措施［J］.動力工程，2003，23（1）：2039-2042.

［3］趙之軍，馮偉忠，張 嶺，等.電站鍋爐排煙余熱回收的理論分析與工程實踐［J］.動力工程，2009，29（11）：994-997.

［4］張基標，郝 為，趙之軍，等.鍋爐煙氣低溫腐蝕的理論研究和工程實踐［J］.動力工程，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

徐志強（1973），男，江蘇江陰人，高級工程師，從事火力發電廠技術創新和生產管理工作。