MGGH在燃煤电厂超低排放中的作用

MGGH在燃煤电厂超低排放中的作用分析尹涛叶明强曾毅夫（凯天环保科技股份有限公司湖南长沙410100）摘要：MGGH系统具有高效的环保性能，在日本得到了很好的发展。本文介绍了MGGH的发展情况、工艺原理以及技术优势，并对其在燃煤电厂超低排放中的作用进行了分析。结果表明MGGH具有较大的经济优势，同时能够提高超低排放系统的稳定性能。关键词：燃煤电厂、超低排放、MGGHTheeffectanalysisofMGGHinUltra-lowemissionofCoal-firedpowerplantYintaoYemingqiangZengyifu（KaitianEnvironmentaltech，Changsha，410100）Abstract：MGGHisofhigh-efficientenvironmentprotectionpropertyandhasbeenusedinJapaninrecentyears.ThedevelopmentandprincipleofprocessandtechnologyadvantagesofMGGHwereintroduced.TheeffectofMGGHinUltra-lowemissionofCoal-firedpowerplantisanalyzed.TheresultsshowthattheMGGHhasagreateconomicadvantagesandimprovestabilityofUltra-lowemissionsystem.KeyWords：Coal-firedpowerplant,Ultra-lowemission,MGGH1、前言目前，在我国燃煤电厂湿法烟气脱硫工艺中，未经湿法烟气脱硫装置处理前的烟气温度一般为100~130℃，经吸收塔洗涤降温后的烟气温度会降低到47~50℃，烟气温度较低，水分基本处于饱和状态烟囱排烟温度的降低会造成烟气抬升高度下降，不利于烟气扩散[1-3]。目前比较普遍的解决办法是在脱硫装置烟气进出口设置机械回转式气气换热器（Gas-Gas-Heater，以下简称GGH），将烟囱排烟温度提高，实现干烟囱运行，并可有效提高烟气抬升高度。但从我国燃煤电厂已投运的GGH装置来看，多数存在污染物逃逸，从而导致SO2超标排放、换热片腐蚀、积灰结垢、烟气堵塞、阻力大、运行及维护费用高等系列问题，故障严重时甚至影响系统的正常运行[4-6]。针对上述问题，美日等国家和地区在环保排放控制综合要求不断提高的推动下，开发应用了余热利用低低温烟气处理技术。其中，日本三菱公司于年研发了可以取代上述GGH的MGGH（全称为MitsubishiGas-GasHeater）技术。即在电除尘器湿法烟气脱硫工艺（单一除尘、脱硫工艺）的基础上，开发了采用无泄漏管式热媒体加热器的湿式石灰石石膏法烟气脱硫工艺在该工艺系统中，原烟气加热水后，用加热后的水加热脱硫后的净烟气。当锅炉燃烧低硫煤时，该工艺具有无泄漏，没有温度及干湿烟气的反复变换，不易堵塞等优点。一开始，MGGH热回收器布置在电除尘后脱硫前，当锅炉燃烧高硫煤时，SO3引起的酸腐蚀问题显现，为适应日本环保排放控制标准的不断提高，同时解决SO3引起的酸腐蚀问题，经过研究，将MGGH热回收器移至空气预热器后除尘器前的布置方案得到了成功应用及全面推广[7,8]。2、MGGH技术工艺简介2.1MGGH系统烟气换热器系统包括原烟气冷却器和净烟气再热器两组热交换器，该系统功能为通过水和烟气的换热，利用FGD前高温原烟气的热量加热FGD后的净烟气。具体流程示意图如图1所示。系统由烟气侧前后过渡段，烟气换热器本体，以及烟气换热器范围内循环水侧的管道，阀门，仪表等组成。烟气换热器管内走水，管外走烟气。每组管束水侧均设有进出口隔离阀和1个安全阀。管束为U型垂直布置，且位置处于循环水系统的最高处，所以每组管束均设有若干个放气阀以满足充水时排气的需要。整个烟气换热器设有一个旁路，其主要功能是系统启动初期或长期停机投运前，清洗管道用（防止杂质进入管束）。烟气侧入口过渡段设有导流板，以保证换热器烟气流场均匀。锅炉满负荷状态时，循环泵将低温的循环水送至热回收器，在低温换热器内部与烟气进行热交换，水温被加热后流出热回收器，随后进入再加热器，加热烟囱进口的低温烟气，使烟温提升至酸露点以上。低负荷运行时，低温换热器入口烟气温度降低，热媒吸收的热量不足以将后端烟气温度提升至酸露点以上，故需要添加辅汽，热媒水经过热媒辅助加热器的加热，再送入烟气再加热器。（1）循环水系统。该系统的功能是保证循环水从烟气冷却器中吸收烟气余热，然后将热量通过烟气再热器传递给净烟气。循环水水质为除盐水，系统主要由循环水泵，补水泵，稳压系统，电加热器，以及相关管道，阀门组成。系统设2台100%循环泵，一运一备，连续运行使闭式循环水在管道中流动。（2）稳压系统由稳压罐，膨胀水箱，以及相关的泵，阀门管道，仪表组成，稳压系统的作用是保证闭式系统的压力，防止循环泵汽蚀，防止烟气换热器中的水汽化。（3）考虑到启动前时系统需要充水，正常运行时循环水有损耗，所以系统设有2台100%补水泵，一运一备。（4）化学取样加药系统。为了防止循环水管道腐蚀，循环水PH值应控制为弱碱性。为此设置一套化学取样加药系统，控制系统的PH值和电导率。PH值通过加药控制。电导率如果高则需要排“污”来处理。（5）烟气换热器清洗系统。该系统功能是通过水淋洗的方式来清洗换热器的管子外表面烟尘。系统由清洗水箱、清洗水泵、管道、阀门、喷嘴组成。清洗水泵为2台100%容量，一运一备。图1MGGH流程示意图2.2MGGH的优点1）无泄漏：MGGH的降温侧和升温侧完全分开，在热烟气和冷烟气之间无烟气与飞灰的泄漏，而这在回转式换热器（GGH）中是不可避免的存在，因此，MGGH从不影响FGD系统的SO2和飞灰的去除效率。2）优化设计：MGGH的降温侧和升温侧的设计可以很好的适应各种烟气条件。具有很好的经济性与可靠性。3）布置灵活：MGGH的降温侧与升温侧与回转式换热器（GGH）不同，不必将两者临近布置，相比之下更容易布置及减少烟道的费用。4）控制烟温：通过控制循环热媒水的流量来调节热量，进而使出口烟道温度高于酸露点温度以防止烟道的酸腐蚀。5）可靠性性高：回转式换热器（GGH）因为烟气温度和水分的波动，容易引起灰尘的沉积与结垢，而MGGH不会由此问题，可以通过控制热媒水的循环流量和温度来减少烟气温度和水分的波动。3、MGGH在燃煤电厂超低排放中的应用3.1MGGH在电除尘中应用在电除尘器前面增设MGGH，降低了除尘器入口温度，从而形成低低温电除尘系统。该工艺利用烟气体积流量随温度降低而变小和粉尘比电阻随温度降低而下降的特性。随着温度的降低，粉尘比电阻可以减少至1011Ω•cm以下，此时的粉尘更容易捕集；同时，随着烟气温度的降低，烟气体积流量下降，在电除尘流通面积不变的情况下，流速明显降低，从而增加了烟气在电除尘内部的停留时间。所以，烟气流经电除尘器的温度范围在80~100℃之间时，除尘效率将会明显提高。同时应用MGGH后，可以利用烟气余热抬升烟气温度，防止下游设备腐蚀，无烟气泄露，可以基本消除白烟及石膏雨。表1是低低温电除尘与湿式电除尘的详细比较。从表中可知，单纯从投资和运行维护的角度来讲，湿式电除尘略占优势，但是低低温电除尘施工工期短，如果采用MGGH，还能去除白烟，同时减少烟气冷凝，大大缓解强酸性冷凝水对烟囱的腐蚀速度，解决烟囱的腐蚀问题，大大减少维护成本，提高设备安全性。表1低低温电除尘与湿式电除尘的比较项目除尘性能脱除范围投资工期运行成本维护成本比较优势低低温电除尘优良较少很高较长较高较高去除白烟保护烟囱湿式电除尘优良广泛较高很长较高较低全面脱除3.2MGGH在超低排放中的案例目前，日本火电机组应用MGGH的共有9台机组，如表1所示。以日本Hirono5号电厂为例说明主要技术经济指标情况，见表3。表2MGGH工程应用情况投运年份电厂名称机组（台数x容量）/MW烟囱入口粉尘质量浓度（mg/m3）烟囱入口SO3质量浓度（mg/m3）设计值实际值设计值实际值1997Haramachi#11x1000250.6＜2.86＜2.861998Misumi1x1000102.6＜2.86＜2.862000Tachibanawan1x105050.7＜2.86＜2.862000Tachibanawan1x70050.8＜2.86-2002Tomatoh-atsuma#41x70082.2＜2.86＜2.862003Nyuugawa1x250101.9＜2.86＜2.862004Hirono1x60053.4＜2.86＜2.862004Kobe1x70054.5＜2.86＜2.862007Kashima1x5005-＜2.86-Hirono5号电厂的实践证明，采用MGGH后，烟气温度降低，烟气体积变小，烟速降低，同时烟尘比电阻也有所减小，因而除尘效率有所提高。电厂采用三电场除尘器代替五电场除尘器，除尘器出口粉尘质量浓度控制在30mg/m3以下，烟囱入口粉尘质量浓度在5mg/m3以下；因大量的SO3被脱除，烟囱入口SO3低于2.86mg/m3。表3Hirono5号电厂保证值和考核试验结果（1×600MW机组）项目设计值测试结果FGD入口烟气流量(湿态/干态)/（x104m3/h）178.1/163.38183/165.8SOx质量浓度/（mg/m3）18281055粉尘质量浓度/（mg/m3）30.016.4FGD出口烟气流量(湿态/干态)/（x104m3/h）185.4/164.09188/165.1SOx质量浓度/（mg/m3）6918粉尘质量浓度/（mg/m3）53.4脱硫率/%＞96.298.34、结语采用MGGH，可较为彻底地解决常规回转式GGH容易堵塞漏风等弊端，能确保系统的可靠运行，实现稳定长期的干烟囱排放，彻底消除湿烟囱排放水雾长龙造成严重视觉污染的危害，避免了昂贵的烟囱防腐处理。同时，还可实现低低温烟气处理，使电除尘效率以及脱硫效率大幅提高，烟尘排放可以达到更严格的限制要求因此，替代MGGH具有系统解决、一举多得、多污染物协同治理之功效，适用于我国绝大部分燃煤电厂的烟气治理。参考文献[1]龙辉，钟明慧.影响600MW机组湿法烟气脱硫装置厂用电率主要因素分析[J].中国电力，2006，39（2）：74-77[2]蒋丛进，封乾君.国华三河电厂脱硫装置取消烟气旁路的研究[J].电力建设，2008，29（2）：61-63[3]谭学谦.湿法脱硫系统(无GGH)不设置烟气旁路方案探讨[J].电力建设，2007，28（4）：40-43[4]谭学谦.浅谈600MW机组湿法脱硫吸收塔的工艺设计[J].电力建设，2007，28（4）：52-56[5]钟秦.燃煤气脱硫脱硝技术及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2002[6]DL5000-2000火电发电厂设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2001[7]林永明，高翔，施平平，等.大型湿法烟气脱硫喷淋塔内阻力特性数值模拟[J].中国电机工程学报，2008，28（5）：28-33[8]李文艳，王冀星，车建伟.湿法脱硫烟气湿排问题分析[J].中国电机工程学报，2007，27（14）：36-40作者简介：尹涛工作单位：凯天环保科技股份有限公司从事大气环境治理研究工作联系电话：[phone]E-mail：[e-mail]