取消煙氣換熱器的可行性

    1·煙囪出口排煙溫度的選擇
    FGD裝置是否需設(shè)煙氣換熱器（GGH），主要決定于排煙溫度。排煙溫度如何確定，不管從環(huán)保角度，還是煙囪結(jié)構(gòu)設(shè)計方面考慮，我國目前還無標準規(guī)定。日本在有關(guān)的條例中規(guī)定煙囪出口的排煙溫度不小于某個數(shù)值，德國原本也有對排煙溫度的限制指標，加入歐盟后，德國已取消這一規(guī)定。近年來，國內(nèi)引進國外技術(shù)和設(shè)備建設(shè)的濕法脫硫裝置，多數(shù)亦裝設(shè)了煙氣換熱器，采用濕法脫硫工藝換熱器后的排煙溫度≥82℃，煙囪出口的排煙溫度約72℃；采用海水脫硫換熱器后的排煙溫度≥70℃，煙囪出口的排煙溫度約62℃。
    2·國內(nèi)外煙氣換熱器的設(shè)置情況
    據(jù)了解，在日本，由于法令限制，大多數(shù)火電廠煙氣脫硫裝置均設(shè)置了煙氣換熱器，而美國及西歐的一些國家有不少電廠脫硫裝置不設(shè)煙氣換熱器，并且此種情況越來越多。未設(shè)置煙氣換熱器的FGD裝置，吸收塔出口的低溫濕煙氣由除霧器去除液滴后直接經(jīng)電廠冷卻塔中心排放，或經(jīng)吸收塔頂部設(shè)置的濕煙囪排放，或通過常規(guī)的煙囪排放。
    國內(nèi)大部分電廠的濕法脫硫裝置均設(shè)置了GGH，如重慶珞璜電廠、廣州瑞明電廠、珠江電廠、臺山電廠等，但經(jīng)過一段時間運行情況來看，設(shè)置GGH對整個脫硫系統(tǒng)運行造成了一定的影響；國內(nèi)外業(yè)界對是否設(shè)置G G H也是說法不一。
    漳州后石電廠（6×600MW）為我國第一家取消GGH，采用濕煙囪排放的大型火力發(fā)電廠。其脫硫裝置為日本富士化學提供的海水脫硫裝置，煙氣在吸收塔經(jīng)海水洗滌脫硫后，經(jīng)除霧器除掉部分水分，通過240m高的濕煙囪排放。
    3·電廠FGD裝置取消煙氣換熱器的利弊分析
    3.1對煙氣抬升高度及周圍大氣環(huán)境質(zhì)量的影響
    煙氣脫硫工藝中，脫硫后的濕煙氣不經(jīng)再加熱而直接排放，有可能會帶來以下環(huán)境問題：煙氣抬升高度降低導致污染物落地濃度增大，出現(xiàn)白煙和凝結(jié)水。
    3.1.1“白煙”問題
    濕煙氣在傳輸過程中會發(fā)生水汽凝結(jié)，從而造成所謂“白煙”問題。一般認為：
    （1）白煙長度隨風速的增大而增長；
    （2）白煙長度隨環(huán)境溫度的升高而縮短；
    （3）白煙長度對環(huán)境濕度的變化比較敏感，當環(huán)境濕度增大時，白煙長度也增長且增幅較大。
    （4）白煙長度對煙氣溫度的變化也相當敏感，當煙氣的排放溫度升高（飽和狀態(tài)下）時，白煙長度增長，且增長幅度很大。
    在環(huán)境因素一定的情況下，如果要消除白煙，唯一的辦法是對煙氣加熱。煙氣溫度越高，其攜帶的水汽量也越大，隨著溫度的升高，煙氣的相對濕度不斷降低，直至達到不飽和狀態(tài)，白煙才有可能被消除。
    3.1.2凝結(jié)水
    凝結(jié)水量除取決于環(huán)境和煙氣條件外，還與過飽和度有關(guān)。過飽和度增大，會減少凝結(jié)水量。夏季環(huán)境溫度升高，也會減少凝結(jié)水量。凝結(jié)水中只有那些較大的液滴才會形成雨水降落到地面，大部分較小的液滴會形成大液滴，最終會重新蒸發(fā)?；痣姀S煙羽、水汽凝結(jié)形成霧的幾率很小，形成降水（或冰）的量也不大，一般不會對當?shù)貧夂蛟斐捎绊憽?br />     3.2不設(shè)置GGH的優(yōu)點
    （1）降低FGD造價。就目前已經(jīng)投運和開始建設(shè)的60萬機組而言，一臺GGH連同鋼支架及防腐的造價約占整個FGD投資的15%左右。由于機組的熱效率越來越高，出口煙氣溫度有不斷下降的趨勢。如果為了保持出口煙溫，就必須增大GGH換熱面積，從而導致GGH造價的攀升。據(jù)了解，在GGH出口煙溫相同的條件下，入口煙溫每降低1℃，GGH造價升高約100萬左右。
    （2）減少FGD系統(tǒng)阻力。GGH的接入、接出口煙道受布置的限制，一般有90°的彎頭，加上設(shè)備本身的阻力，裝設(shè)GGH系統(tǒng)的阻力將占整個FGD系統(tǒng)壓降的一半左右。如果GGH結(jié)垢嚴重的話，阻力還會增大。為了改善煙道的流暢，往往需要在彎頭處設(shè)置導流片，但是GGH出口是腐蝕比較嚴重的部位，該處的導流片通常需要采用價格昂貴的鎳基合金制作，增加了投資。
    （3）避免腐蝕問題。由于GGH的工況較為惡劣，既有干煙氣又有濕煙氣，既有高溫煙氣又有低溫煙氣，即使采取了襯鱗片的防腐措施，腐蝕現(xiàn)象仍較為普遍。
    （4）簡化系統(tǒng)。GGH需設(shè)置壓縮空氣或蒸汽吹灰，每班都要進行，當GGH壓差增大到某一數(shù)值時，還需要高壓水沖洗，停運時也要用大流量的低壓水進行沖洗。
    （5）避免“漏風”現(xiàn)象產(chǎn)生，提高脫硫率。由于在GGH里，原煙氣壓力高于凈煙氣壓力，因此會有少量的未經(jīng)處理的原煙氣直接進入到凈煙氣中去，因此將直接降低脫硫效率。即使采用了低泄漏密封風機等一系列措施，GGH投運時泄漏率也只能保證在1%左右，隨著設(shè)備的老化，漏風率也會增大。若取消G G H，在其他系統(tǒng)未作任何變動的情況下，至少可以提高1%的脫硫率，真正可以做到減少污染物的排放。
    （6）減少占地。從國內(nèi)外在建或已建的電廠來看，為了滿足煙氣換熱效率的要求，GGH的進出口截面設(shè)計一般為扁口型，高位布置，進出口一般都需要一個90°彎頭，因此要求的空間也很大，這就意味著需要更多的占地。從其它工程經(jīng)驗來看，兩臺機組有GGH方案比沒有GGH方案占地一般約增加1500m2。
    綜上所述，取消GGH，不但可以減少投資，還可以降低運行費用，減少占地，所以取消GGH的FGD布置方式受到廣泛的關(guān)注，但取消GGH后，低溫濕煙氣對煙囪的腐蝕、工藝水耗增加等問題不容忽視。
    4·取消GGH對工藝系統(tǒng)的影響
    4.1加重煙囪腐蝕
    在不設(shè)GGH時，排入煙囪的煙氣為吸收塔出口的飽和或過飽和凈煙氣。其SO2濃度很低，但含有大量的水蒸氣和少量的SO3氣體。此時，煙囪內(nèi)煙氣的溫度仍處在酸露點以下，會對煙囪內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕作用，并且腐蝕速率隨硫酸濃度和煙囪壁溫的變化而變化。
    （1）當煙囪壁溫達到酸露點時，硫酸開始在煙囪內(nèi)壁凝結(jié)，產(chǎn)生腐蝕，但此時凝結(jié)酸量尚少，濃度也高，故腐蝕速度較低。
    （2）煙囪壁溫繼續(xù)降低，凝結(jié)酸液量進一步增多，濃度卻降低，進入稀硫酸的強腐蝕區(qū)，腐蝕速率達到最大。
    （3）煙囪壁溫進一步降低，凝結(jié)水量增加，硫酸濃度降到弱腐蝕區(qū)，同時，腐蝕速度隨壁溫降低而減小。
    （4）煙囪壁溫達到水露點時，壁溫凝結(jié)膜與煙氣中SO3結(jié)合成H2SO4溶液，煙氣中殘存的HCl/HF也會溶于水膜中，對金屬和非金屬均會產(chǎn)生強烈腐蝕，故隨著壁溫降低腐蝕重新加劇。
    因此，在不設(shè)GGH時，煙囪內(nèi)煙氣溫度較低，煙囪內(nèi)將會出現(xiàn)上述最為不利的第（4）類腐蝕情況。需要提高煙囪及尾部煙道的防腐等級，增加投資。現(xiàn)階段煙囪內(nèi)筒可采用的防腐措施主要有：
    （1）內(nèi)襯鎳基合金、鈦復合板等。
    （2）內(nèi)襯耐酸磚，耐酸膠泥，防腐涂料，賓高德玻璃磚等。
    4.2增加事故噴水減溫系統(tǒng)
    避免在FGD系統(tǒng)故障解列時，高溫煙氣對吸收塔內(nèi)部防腐襯膠的損壞，需要在吸收塔入口前設(shè)置事故噴水減溫，降低煙氣溫度。本工程設(shè)計從工藝水箱引一路工藝水至吸收塔煙氣進出口進行事故噴水減溫。
    4.3水耗較大
    由于進入吸收塔的煙氣溫度較高，因此也會蒸發(fā)掉更多的水成為水汽；由本工程脫硫系統(tǒng)物料平衡計算可知，若取消G G H，工藝水耗量將有所增加。
    5·煙囪凝結(jié)水的收集與回用
    由于煙氣中水汽在煙溫較低處凝結(jié)成水珠，附著在煙囪內(nèi)壁從上往下流動，在流動的過程，水珠不斷吸收煙氣中的酸性氣體成為酸露，并在重力作用下積聚在煙囪底部。取消GGH后，由于排煙溫度較低，并且煙氣中含水量較大，凝結(jié)水量也較大，因此可回用部分煙囪凝結(jié)水于脫硫裝置。
    煙氣凝結(jié)水在煙囪底部被導流板截住后順著導流板至水平煙道（鋼內(nèi)筒外），在水平煙道與導流板的接口可設(shè)置成有凹槽與疏水管道連接，并通過疏水管道排放到脫硫島吸收塔區(qū)地坑，可供脫硫系統(tǒng)回用。
    為避免腐蝕，疏水管道可采用鋼塑管道/FRP管道或碳鋼襯膠管，自流或用泵輸送至脫硫島吸收塔區(qū)地坑。
    也可以在煙囪周圍設(shè)置一個集水坑，即煙囪地坑，收集煙囪的凝結(jié)水后用泵直接輸送至煙囪后脫硫島回用。此部分水可直接用于吸收塔補充水，也可以用于煙氣冷卻用水。
    6·技術(shù)經(jīng)濟比較
    6.1工程投資費用比較
    （1）煙氣換熱器主、輔設(shè)備及其配套設(shè)施費用?；剞D(zhuǎn)式煙氣換熱器約1800萬元（單臺FGD裝置）。
    （2）增壓風機設(shè)備費用。不設(shè)煙氣換熱器，煙氣系統(tǒng)阻力可降低1000～1500Pa，增壓風機設(shè)備費用約降低100萬元。
    （3）煙囪防腐費用。因為不設(shè)置煙氣換熱器，煙囪需要增加防腐，費用約增加900萬元。從一次性建設(shè)投資來看，取消GGH明顯會降低整個F G D系統(tǒng)的總造價。
    6.2 FGD裝置運行費用分析
    6.2.1電耗
    FGD裝置不設(shè)煙氣換熱器，煙氣系統(tǒng)阻力可降低1000～1500Pa左右，每臺機組增壓風機軸功率降低約1030kW，一臺換熱器本體及其輔助設(shè)備電耗（含吹掃用空壓機）約為250kW，一臺660MW機組FGD裝置總電耗降低1280kW。按年運行5500h計算，全年可節(jié)省運行費239.36萬元。
    6.2.2水耗
    FGD裝置不設(shè)煙氣換熱器，高溫的原煙氣直接進入吸收塔，一個吸收塔的蒸發(fā)水量約增加25t/h（考慮到回收的煙囪凝結(jié)水為10t/h）。單臺機組全年因工藝水量而增加運行費約26.13萬元。
    6.2.3年運行費
    取消煙氣換熱器，僅考慮電費和水費，單臺FGD裝置每年可節(jié)省運行費265.49萬元。煙氣換熱器的受熱面及殼體長期與低溫濕煙氣接觸，腐蝕較為嚴重。尤其是管式換熱器，受熱面運行3～5年以后，一般均需陸續(xù)更換，設(shè)備維護工作量及其費用也將會大大增加。從FGD系統(tǒng)投入商業(yè)運行后的運行費用來看，不設(shè)置GGH比設(shè)置GGH會有明顯的降低，另外也會減少檢修維護工作。
    7·結(jié)論
    是否設(shè)置GGH，對FGD工藝流程的影響并不大。若取消G G H，可以大幅度降低脫硫系統(tǒng)投資費用，但需增加一定的煙囪防腐費用。
    從環(huán)保角度而言，設(shè)置GGH，按照《火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2003》，可以提高煙氣抬升高度，增大污染物擴散范圍，降低污染物落地濃度。