煙氣換熱器及其在燃煤電廠煙氣治理中的作用

郭 瀅，劉含笑，崔 盈，李文華，郭 鏈

(1.浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800；2：浙江浙能溫州發電有限公司，浙江 樂清 325602)

資源與環境

煙氣換熱器及其在燃煤電廠煙氣治理中的作用

郭 瀅1，劉含笑1，崔 盈1，李文華2，郭 鏈1

(1.浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800；2：浙江浙能溫州發電有限公司，浙江 樂清 325602)

本文簡單介紹了煙氣換熱器的主要型式、布置方式及布置煙氣換熱器的典型煙氣污染物控制技術路線。以低低溫電除塵為核心的煙氣協同治理技術路線中，煙氣換熱器中煙溫降低對顆粒團聚的促進作用，配合電除塵器及濕法脫硫，可經濟高效的實現燃煤電廠的煙塵超低排放，具有較好的應用前景。

燃煤電廠；煙氣換熱器；低低溫電除塵器；顆粒團聚

我國燃煤電廠煙氣超低排放與節能改造政策已全面實施。2014年9月12日，國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局聯合發布《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》，從國家層面出臺了燃煤電廠煙氣超低排放政策；2015年12月11日，三部委又聯合發布《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》(環發〔2015〕164號)，要求到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放。根據國家“節能減排”戰略要求，“節能環保”重大技術裝備列入了國家支持的新興戰略產業，《能源發展“十三五”規劃》(發改能源〔2016〕2744號)中提到，全面實施燃煤機組超低排放與節能改造，推廣應用清潔高效煤電技術，嚴格執行能效環保標準；《煤炭工業發展“十三五”規劃》(發改能源〔2016〕2714號)指出，將推進重點耗煤行業節能減排，采用先進高效脫硫、脫硝、除塵技術，全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造，加大能耗高、污染重煤電機組改造和淘汰力度；《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015-2020年)》(國能煤炭[2015]141號)規定，以“全國新建燃煤發電機組平均供電煤耗低于300g標準煤/kWh”為主要目標，發展超低排放燃煤發電，加快現役燃煤機組升級改造。

隨著國家節能減排政策的趨嚴，尤其是自2014年國家層面出臺燃煤電廠煙氣超低排放政策以來，煙氣換熱器在燃煤電廠煙氣治理中的作用日益凸顯。

1 煙氣換熱器簡介

煙氣換熱器按溫度范圍劃分，可大致劃分為高溫煙氣換熱器(≥450℃)、中溫煙氣換熱器(220～450℃)和低溫煙氣換熱器(≤220℃)；根據換熱介質的不同，可分為煙氣-蒸汽換熱器、煙氣-水換熱器、煙氣-煙氣換熱器等；根據換熱器翅片的型式不同，可分為螺旋翅片管換熱器、H型翅片管換熱器、針形翅片管換熱器等，如圖1所示，其中螺旋翅片管、針形翅片管較易積灰，而H型翅片管抗積灰性能、抗磨性能好，且具有較好的自清灰功能，強化傳熱性能好。

圖1 按翅片管形狀劃分煙氣換熱器

低溫段煙-煙換熱器較早見于日本文獻報道，即GGH換熱器，英文全稱：Gas Gas Heater，主要布置于電除塵器前，將煙氣溫度降低至煙氣酸露點以下，然后將熱量用于加熱煙囪前煙氣，用于提高排煙溫度，根據換熱器結構不同，可分為分離封閉式煙-煙換熱器和旋轉再熱式煙-煙換熱器，如圖2所示。

圖2 低溫煙-煙換熱器

根據低溫段煙氣換熱器布置位置不同可分為煙氣冷卻器和煙氣再熱器。煙氣冷卻器布置在空預器之后、電除塵器之前，或除塵器與脫硫塔之間，利用鍋爐排煙余熱加熱凝結水、循環水或其他工質降低排煙溫度的換熱器；煙氣再熱器布置在脫硫塔之后、煙囪之前，利用在煙氣冷卻器內吸收熱量的循環水或其他工質加熱濕法脫硫裝置后凈煙氣的換熱器。

圖3 氟塑料換熱器

另外，近年來，隨著材料技術的發展，除了金屬換熱器之外，氟塑料換熱器也逐漸開始在工程上使用，如圖3所示。該技術用氟塑料(有PTFE和PFA等)替代ND鋼，氟塑料換熱器在200℃以下的各種強腐蝕性介質的換熱，如硫酸、腐蝕性極強的氯化物溶液﹑醋酸和苛性介質的冷卻或加熱。不但能解決耐腐蝕問題，還可以回收比金屬低溫省煤器更多的熱量(換熱端差大)，據不完全統計，同類技術和產品已在全球的電廠(超過百臺套)中應用多年，例如在德國黑泵電廠800MW機組上有近20年的應用實例。在中國，由于電力行業近兩年才開始應用此類設備，進入中國市場時間較短，目前已經有600MW的業績。

2 低溫煙氣換熱器布置方式及典型技術路線

結合文獻調研及已有的工程經驗，歸納低溫煙氣換熱器用于輔助煙氣污染物治理的布置方式主要有以下兩種方式，分別如圖4、圖5所示。兩條技術路線中當不設置煙氣再熱器時，煙氣冷卻器處的換熱量按上圖①所示回收至汽機回熱系統；當設置煙氣再熱器時，煙氣冷卻器處的換熱量按上圖②所示至煙氣再熱器。

對于技術路線1(圖4)，即以低低溫電除塵技術為核心的煙氣協同治理技術路線，是目前主流的布置方式。該技術通過降低電除塵器入口的煙氣溫度至酸露點以下，降低飛灰比電阻，并改善飛灰性質，提高電場擊穿電壓，減少煙氣量，這些變化均可大幅提高電除塵器的除塵效率，且當熱量用于汽機回熱系統，作為一級低加使用時，可實現熱量回收，降低電廠煤耗。

圖4 技術路線1

圖5 技術路線2

3 煙氣換熱器中煙溫降低對顆粒團聚的促進作用

當煙氣溫度低于酸露點以后，煙氣中的氣態SO3會冷，并吸收煙氣中的水分,形成硫酸霧滴，硫酸是具有極強吸水性的，當硫酸霧滴被吸附到粉塵顆粒表面后，有效增加了飛灰顆粒的吸濕性，會繼續吸收煙氣中水分，進而增強顆粒表面粘性，當兩飛灰顆粒表面之間的液膜相互接觸時，表面張力可形成“液橋”，將兩顆粒“拉”在一起，有效團聚，低低溫工況下飛灰顆粒的團聚過程示意如圖6所示。

圖6 低低溫工況下顆粒凝并過程

為簡化分析，借助商業CFD軟件，引入2d-LES湍流模型，采用離散相模型(DPM)計算顆粒運動軌跡，采用顆粒群平衡模型(PBM)計算顆粒團聚，計算結果分別如圖7、圖8所示。顏色不同表示顆粒粒徑不同，紅色顆粒粒徑大，藍色顆粒粒徑小，不同粒徑顆粒運動的速度大小和方向差異明顯，軌跡交叉度高，且存在明顯局部富集效應，為顆粒團聚提供條件。如圖8所示，隨時間推移，小粒徑顆粒逐漸減少，大粒徑顆粒逐漸增多，顆粒團聚效果顯著。

圖7 顆粒運動軌跡

圖8 粒徑分布隨時間的演變

4 結語

煙氣換熱器在燃煤電廠煙氣治理中的作用日益凸顯，尤其是針對以低低溫電除塵為核心的煙氣協同治理技術路線，配合電除塵器及濕法脫硫，可經濟高效的實現燃煤電廠的煙塵超低排放，具有較好的應用前景。

煙氣換熱器中煙溫降低對顆粒團聚的促進作用是近年來業內研究的熱點，尚需更多試驗及理論數據佐證。

[1] 齊立強,原永濤,史亞微.燃煤煙氣中的SO3對微細顆粒物電除塵特性的影響[J].動力工程學報,2011,31(7):539-543.

[2] Harrington D A.Elect rochemical impedance of multistep mechanisms: a general theory[J].Journal of Electroanalytical Chemistry,1998,449(3) : 9-28.

[3] 劉 忠，劉含笑，馮新新，等. 湍流聚并器流場和顆粒運動軌跡模擬[J].中國電機工程學報，2012,32(14):71-75.

[4] 劉 忠，劉含笑，馮新新，等，超細顆粒物聚并模型的比較研究[J].燃燒科學與技術，2012,18(3)：212-216.

[5] Pruppacher H R，Klett J D.Microphysics of clouds and precipitation[M].D Reidel Pub Co.,1977.

[6] 劉含笑,姚宇平,酈建國,等. PM2. 5 團聚測量技術及其研究進展[J].電力與能源,2013(2): 118-123.

[7] 劉含笑,姚宇平,酈建國.湍流場中顆粒破碎的數值模擬[J].環境工程學報,2015,9(8):3937-3943.

[8] 酈建國,酈祝海,李衛東,等.燃煤電廠煙氣協同治理技術路線研究[J].中國環保產業,2015(5): 52-56.

[9] 中國環境保護產業協會.燃煤電廠煙氣超低排放技術[M].北京：中國電力出版社,2015.

[10] 酈建國,酈祝海,何毓忠,等.低低溫電除塵技術的研究及應用[J].中國環保產業,2014(3): 28-34.

(本文文獻格式：郭 瀅，劉含笑，崔 盈，等.煙氣換熱器及其在燃煤電廠煙氣治理中的作用[J].山東化工,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

國家高技術研究發展計劃(2013AA065002)；國家重點研發計劃(2016YFC0203704)；國家重點研發計劃(2016YFC0209107)

郭 瀅(1985—)，男，浙江諸暨人，工程師，主要從事燃煤電站環保島及濕式電除塵技術研究；通訊作者：劉含笑(1987—)，男，碩士，電除塵器研究所所長助理。

X701.2

B

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