MGGH+煙氣冷凝的技術(shù)路線煙羽治理工程

文_薛天龍 上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰?/p>

1 概述及煙羽治理總體方案

燃煤電廠機(jī)組的煙氣從煙囪出口排出后煙溫會(huì)快速降低，而且煙氣攜帶的部分水滴又會(huì)快速凝結(jié)大量的飽和水蒸氣，從而形成白色煙羽，特別是在春冬季節(jié)，煙羽現(xiàn)象尤為明顯。因此，通過開展煙羽深度治理，降低煙氣含濕量和排放溫度，減少排放后煙氣可溶性鹽、硫酸霧滴、有害物質(zhì)等微小顆粒物的排放，降低對(duì)電廠周圍環(huán)境的影響，對(duì)保證燃煤電廠的持續(xù)有序發(fā)展較為重要。

唐山市環(huán)境保護(hù)局古冶分局2018年3月19日下發(fā)《關(guān)于古冶區(qū)重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)實(shí)施治理的通知》，其文件要求燃煤電廠煙氣采取煙溫及其他有效措施，基本消除有色煙羽現(xiàn)象。唐山開灤協(xié)鑫發(fā)電有限公司3#、4#機(jī)組煙羽治理改造工程采用MGGH低溫省煤器改造+冷凝的技術(shù)路線進(jìn)行煙氣“消白”改造，采用整體設(shè)計(jì)，分兩步實(shí)施的總體改造策略，即第一步先加裝冷凝裝置及其配套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)并對(duì)現(xiàn)有低溫省煤器進(jìn)行改造，以滿足地方政府的改造要求，預(yù)留煙氣加熱器位置；第二步后續(xù)根據(jù)“消白”環(huán)保政策和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的情況，有明確文件要求時(shí)再對(duì)煙氣加熱器進(jìn)行改造，本次增設(shè)煙氣加熱器方案暫不實(shí)施。

2 低溫省煤器改造+冷凝的技術(shù)路線系統(tǒng)布置

按《開灤協(xié)鑫發(fā)電有限公司3、4號(hào)機(jī)組煙羽治理改造工程》廠區(qū)總平面布置圖、火電工程施工組織設(shè)計(jì)導(dǎo)則、工程施工要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本次煙羽治理改造利用引風(fēng)機(jī)出口至吸收塔入口、濕式電除塵出口至煙囪入口之間的煙道及空地進(jìn)行設(shè)備布置， 方案的布置圖如圖1、圖2所示，圖1中左側(cè)為改造后的煙道，右側(cè)為改造前煙道。

圖1 換熱器平面布置圖

圖2 冷凝換熱器立面布置圖

3 MGGH低溫省煤器技術(shù)工藝流程

MGGH低溫省煤器系統(tǒng)有板式換熱器、閉式循環(huán)水泵、低溫省煤器、廢水泵、補(bǔ)水泵及新增閥門管道、儀表等設(shè)備組成，其換熱形式為煙氣-水換熱器。其主要功能為回收煙氣余熱、降低吸收塔入口煙溫、減少吸收塔蒸發(fā)水量、降低吸收塔出口溫度和含水量，可作為一級(jí)“消白”裝置。其主要特點(diǎn)：系統(tǒng)能耗主要為循環(huán)泵的能耗，無其他能耗，能耗低；克服傳統(tǒng)GGH易堵塞和SO2泄露等問題；在系統(tǒng)正常投運(yùn)之后，整個(gè)系統(tǒng)無需復(fù)雜的操作過程，操作簡(jiǎn)便；通過再熱器進(jìn)行煙氣加熱，提升煙氣的排煙溫度，煙氣處于過熱狀態(tài)，煙囪的防腐工程量少；降低脫硫塔前的煙氣溫度，降低脫硫系統(tǒng)的水耗；利用冷卻器降低脫硫塔入口的煙氣溫度，提高脫硫效率。

開灤電廠引風(fēng)機(jī)出口正常煙氣溫度為120～140℃，夏季最高可達(dá)150℃?，F(xiàn)有低溫省煤器入口設(shè)計(jì)煙溫為148℃，出口煙溫115℃。本次低溫省煤器改造采用氟塑料換熱器，配套水沖洗系統(tǒng)，能夠有效溶解清除換熱器表面的可溶解性沉積物，改造后入口設(shè)計(jì)煙溫148℃，出口設(shè)計(jì)煙溫88℃，充分降低脫硫系統(tǒng)煙氣蒸發(fā)量，并回收煙氣中余熱，有效降低煙氣冷凝系統(tǒng)的投資；低溫省煤器水側(cè)設(shè)計(jì)與凝結(jié)水進(jìn)行并聯(lián)布置，低溫省煤器換熱器入口水溫70℃，出口水溫105℃。

氟塑料材質(zhì)的低溫省煤器的特點(diǎn)：①氟塑料材質(zhì)的低溫省煤器進(jìn)口凝結(jié)水溫控制不受限制，不易造成低溫酸露腐蝕；另脫硝SNCR系統(tǒng)存在氨逃逸，不易造成煙氣冷卻器換熱元件上尿素結(jié)晶。②氟塑料承壓低，需增加板式換熱器、熱媒循環(huán)泵等，配套連續(xù)加藥、排污、補(bǔ)水，系統(tǒng)。③耐腐蝕性極強(qiáng)，化學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)多大部分溶劑和化學(xué)品呈惰性，且300℃以下基本上沒有一種化合物或溶劑可以溶解它，在大多數(shù)惡劣的工作環(huán)境中保持性能穩(wěn)定。④耐磨損性能優(yōu)異，氟塑料換熱管本身耐磨損性能非常優(yōu)異，同時(shí)在設(shè)計(jì)氟塑料煙氣余熱回收換熱器時(shí)選取低阻力、低磨損的煙氣流速，大大減少了煙氣對(duì)氟塑料換熱器管束的磨損。⑤較低阻力，氟塑料本身摩擦系數(shù)小、表面光滑，對(duì)煙氣的阻力小；設(shè)計(jì)時(shí)考慮氟塑料換熱器本身對(duì)煙氣本身的阻力，采用最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式。⑥運(yùn)行壽命長(zhǎng)，氟塑料換熱管材料中沒有光敏基因，非常耐老化，具有塑料中最好的老化壽命，且非常耐磨，不容易堵灰，氟塑料換熱器在機(jī)組正常運(yùn)行情況下可使用20a。

改造后的氟塑料換熱器白色煙羽消除系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 低溫省煤器為氟塑料換熱器白色煙羽消除系統(tǒng)圖

4 煙氣冷凝系統(tǒng)技術(shù)工藝流程

本次煙羽治理采用非直接冷凝換熱技術(shù)，由煙氣冷凝器，除霧器，機(jī)力通風(fēng)塔和循環(huán)冷卻水等系統(tǒng)組成。其主要原理為利用在脫硫出口煙道安裝煙氣冷凝裝置，閉式循環(huán)泵系統(tǒng)中冷卻水被煙氣冷凝換熱器加熱后，通過機(jī)力通風(fēng)塔系統(tǒng)將冷卻水降溫，之后再次循環(huán)進(jìn)入煙氣換熱器系統(tǒng)中，通過冷凝器將吸收塔出口濕飽和煙氣由51.5℃降低至45/48℃（冬季/夏季），含濕量分別達(dá)到8.5%/10.4%（冬季/夏季），到達(dá)唐山市環(huán)境保護(hù)局古冶分局的要求。

將現(xiàn)有WESP（濕式電除塵）出口的煙道旋轉(zhuǎn)90°，新的凈煙道在原煙道上方布置，經(jīng)過兩個(gè)90°彎頭后進(jìn)入煙囪。改造后濕式電除塵出口水平煙道內(nèi)增加鈦合金換熱器，用于將吸收塔出口濕飽和煙氣從51.5℃冷凝到48℃/45℃（夏季/冬季），含濕量分別降至10.4%/9.5%（夏季/冬季）。通過循環(huán)冷卻水將熱量帶出，輸送到機(jī)力通風(fēng)冷卻塔，熱量通過通風(fēng)冷卻塔排出。同時(shí)配套建設(shè)2200t/h循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水入口溫度為34℃/23℃（冬/夏），兩臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)公用循環(huán)水系統(tǒng)，設(shè)置三臺(tái)循環(huán)循環(huán)水泵和三臺(tái)機(jī)力通風(fēng)塔，運(yùn)行期間相互切換，并留有備用設(shè)備，提高系統(tǒng)的可靠性。煙氣冷凝器按模塊化設(shè)計(jì)，為便于換熱器的安裝和日后的維修，每臺(tái)機(jī)組煙氣冷凝器并聯(lián)模塊數(shù)不低于4組，某一模塊故障情況下可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)隔離，不影響其他模塊的正常運(yùn)行。

此方案的優(yōu)點(diǎn)：①換熱效率較高，整體空間較小，改造的煙道面積較小，后續(xù)滿足增加煙氣加熱器布置位置，無需對(duì)CEMS測(cè)點(diǎn)進(jìn)行移位改造。②在煙道中布置煙氣冷凝器，不影響脫硫塔的水平衡，對(duì)脫硫系統(tǒng)的干預(yù)較小，能夠保持脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。③煙氣冷凝水單獨(dú)收集，后續(xù)處理、適用于機(jī)組的多個(gè)系統(tǒng)，使用方便，減少脫硫廢水系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)擔(dān)，新增加冷凝水簡(jiǎn)單收集系統(tǒng)，處理后系統(tǒng)再利用。④進(jìn)一步回收煙氣中的SO3氣溶膠、重金屬、可溶性鹽類、粉塵，可協(xié)同脫除多種污染物；通過煙氣冷凝系統(tǒng)，將煙氣中的水分析出，作為電廠其他設(shè)備的補(bǔ)給水，降低水耗，同時(shí)降低煙氣的含水率。⑤冷卻水與煙氣不接觸，不影響冷卻水的水質(zhì)，無需對(duì)冷卻水進(jìn)行處理；煙氣中冷凝下來的水分，通過煙道收集，收集的水質(zhì)較干凈，可不做處理或者簡(jiǎn)單處理（加堿中和）之后作為電廠的補(bǔ)給水。

改造后的煙氣冷凝系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 煙氣冷凝白色煙羽消除系統(tǒng)圖

5 其他輔助設(shè)備技術(shù)工藝流程

5.1 高效煙道除霧器系統(tǒng)

在煙氣冷凝器后設(shè)置高效煙道除霧器，用于回收煙氣冷凝水?dāng)y帶的液滴，除霧器布置在煙氣冷凝器后的水平煙道內(nèi)，采用板式除霧器，材質(zhì)為PP。除霧器需設(shè)置自動(dòng)在線沖洗裝置，在任何工況下不應(yīng)發(fā)生任何堵塞，水平煙道式除霧器液滴去除率（22微米及以上）達(dá)到99%以上，出口液滴含量小于50mg/Nm3（干基），各種工況下，通過水平煙道式除霧器的壓力降不高于120pa。通過增加煙道除霧器，有效消降到了煙氣中的含水率。

5.2 煙氣冷凝器設(shè)置在線沖洗裝置

煙氣冷凝器設(shè)置在線沖洗裝置，包括冷卻水側(cè)正洗和反洗系統(tǒng)，煙氣側(cè)沖洗系統(tǒng)，用以保證煙氣冷凝器換熱面內(nèi)外潔凈，且沖洗時(shí)不能影響排煙濕度。冷凝水回收通過設(shè)置在冷凝換熱器下方的疏水收集管道和設(shè)置在除霧器下方的疏水收集管道匯總，收集于冷凝水箱中，并配置冷凝水泵。每臺(tái)機(jī)組配置一套冷凝水箱、2臺(tái)冷凝水泵（1運(yùn)1備），冷凝水箱存儲(chǔ)冷凝水量不低于最大工況運(yùn)行的1h，其防腐形式為碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片。冷凝水箱配置液位計(jì)和pH計(jì)，考慮設(shè)計(jì)事故排放管路。經(jīng)pH值調(diào)整后的冷凝水通過冷凝水泵一路返回到脫硫工藝水箱做為脫硫工藝水補(bǔ)水，另外一路到機(jī)力通風(fēng)塔，做為循環(huán)水補(bǔ)水。冷凝水pH調(diào)整加藥管及系統(tǒng)需要同步配套設(shè)計(jì)和施工。

5.3 通風(fēng)冷卻塔系統(tǒng)

兩臺(tái)機(jī)組配置3臺(tái)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔，兩運(yùn)一備，采用開式冷卻，冷卻塔位置布置于3號(hào)脫硫區(qū)道路西側(cè)空地上。冷卻塔水池采用半地下形式，水泵布置在半地下坑內(nèi)，泵坑內(nèi)設(shè)置小地坑用于水泵停運(yùn)檢修時(shí)管道排水收集。為方面檢修，輔機(jī)循環(huán)水泵區(qū)域應(yīng)該增加起重設(shè)備；冷卻塔及填料采用耐腐蝕材料，塔體采用玻璃鋼，單臺(tái)冷卻塔上水量與單臺(tái)煙氣冷凝器最大循環(huán)水量匹配設(shè)計(jì)；冬季循環(huán)水泵入口水溫22℃以下，夏季循環(huán)水泵入口水溫34℃以下。冷卻塔水側(cè)設(shè)置液位計(jì)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水泵的液位保護(hù)。冷卻塔設(shè)置排污水泵，排污水通過排污水泵輸送到脫硫工藝水箱。需要明確冷卻循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水率和本次改造系統(tǒng)總的凈水耗量。為避免微生物滋生，導(dǎo)致冷卻塔填料堵塞以及冷凝換熱器沾污，冷卻塔必須設(shè)置加藥裝置，加藥裝置布置在循環(huán)冷卻水泵房?jī)?nèi)，加藥裝置包含阻垢劑、氧化劑等。

6 技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

開灤協(xié)鑫發(fā)電有限公司3、4號(hào)機(jī)組煙羽治理改造工程從2020年完成改造工作，經(jīng)過一年的各種工況的運(yùn)行及以及相關(guān)性能試驗(yàn)驗(yàn)證，新增低溫省煤器換出口煙溫不高于88℃；煙氣冷凝器出口：夏季（4～10月）經(jīng)過冷凝后煙溫達(dá)到48℃以下，煙氣含濕量11.0%以下；冬季（11月～次年3月）冷凝后煙溫達(dá)45℃以下，煙氣含濕量9.5%以下。各種工況下，煙氣側(cè)壓降為低溫省煤器≤500Pa（投運(yùn)后1年內(nèi)）；煙氣冷凝器≤600Pa（投運(yùn)后1年內(nèi)），從以上運(yùn)行及性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)上來看，采用MGGH+煙氣冷凝的技術(shù)路線不僅脫白效率高，而且運(yùn)行控制容易。

通過改造滿足河北省、唐山市古冶區(qū)環(huán)保局的要求，對(duì)改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境起了積極作用，并消除或減輕了煙囪出口白色煙羽現(xiàn)象。在整套系統(tǒng)投運(yùn)中，煙氣經(jīng)過冷凝后析出大量細(xì)小液滴，這些細(xì)小的液滴會(huì)吸附一部分SO2、粉塵、SO3等污染物顆粒，起到了對(duì)煙氣中污染物進(jìn)一步脫除作用。同時(shí)，在煙氣消白系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，充分考慮有效的環(huán)保技術(shù)措施，避免造成二次污染的形成，并跟蹤政府下發(fā)關(guān)于煙氣消白改造方面的政府政策，爭(zhēng)取資金補(bǔ)貼，促進(jìn)了企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。