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文檔簡介
1、文章目錄文章目錄1-1圖表目錄1-1摘要1-2關鍵詞1-2弓丨言1-21石膏雨生成原因1-32混合式煙氣再熱技術2-32.1 原理2-32.2混合式ggh技術的實施要點2-43混合式ggh技術的應用3-43.1基本情況3-43.2混合式ggh系統簡介3-43.3系統主要設計參數3-53.4熱風與凈煙氣的混合方式3-53.5熱工控制及保護邏輯3-64混合式ggh系統的技術經濟分析4-64.1凈煙氣加熱特性4-64.2熱二次風抽取量和凈煙氣溫度4-74.3熱一次風溫度、熱二次風溫度及排煙溫度4-74.4鍋爐熱效率4-84.5鍋爐輔機功耗4-94.6機組供電煤耗變化4-94.7與其他類型ggh經濟性
2、對比4-105結語5-10參考文獻5-11圖表目錄表1混合式ggh系統的主要設計參數3-5表2熱二次風抽取量和凈煙氣溫度4-7表3抽取熱二次風后鍋爐主要參數的變化4-8表4抽取熱二次風后鍋爐熱效率的變化4-9表5輔機功耗變化4-9表6機組供電煤耗變化,g/(kw h)4-10表7300mw機組不同類型ggh經濟性對比4-10圖1混合式ggh系統示意3-5圖2調節擋板開度與煙囪入口煙氣溫度的關系4-7圖3鍋爐主要參數變化幅度與鍋爐負荷的關系4-8摘要在我國大型火電機組屮,采用濕法煙氣脫硫系統但未設置煙氣再熱器(ggh) 的電廠經常在煙囪周圍飄落大量的細小液滴(石膏雨),嚴重影響電廠周圍的環境 與
3、居民生活。石膏雨生成的主要原因是濕法脫硫系統排出的煙氣溫度低、濕度大, 為此,確定采用鍋爐系統熱二次風加熱脫硫凈煙氣的混合式煙氣再熱技術,對石 膏雨問題進行治理。結合撫順某熱電廠的實際,介紹混合式煙氣再熱技術的原理、 實施要點、系統主要設計參數;通過鍋爐熱效率、鍋爐輔機功耗、機組供電煤耗 等試驗分析數據對混合式煙氣再熱系統進行技術經濟分析;同時以300mw機組 為例,將混合式煙氣再熱技術與熱媒式、回轉式ggh進行經濟性和安全性比較。 實踐結果表明,采用混合式煙氣再熱技術可完全消除石膏雨現象,與傳統ggh 相比,一次性投資少,年運行費用相對較低,且無腐蝕與堵塞問題,經濟效益和 社會效益顯著。關鍵
4、詞濕法脫硫;石膏用;凈煙氣加熱;混合式煙氣再熱技術;煙氣再熱器(ggh); 熱二次風;煤耗引言近年來,國家高度重視環境保護,有超過90%的燃煤電廠安裝了濕法煙氣脫 硫系統(wfgd)。該系統分為帶有或不帶有煙氣再熱器(ggh)2種。ggh主要用 于加熱脫硫后凈煙氣(以下簡稱凈煙氣),由于其運行環境惡劣,容易發生腐蝕和 堵灰現象,以致故障頻發。2006年以后,許多火電機組的wfgd系統取消了12ggh,凈煙氣直接經煙囪排向大氣,目前未設置ggh的wfgd系統比例己超 過70%1。然而,未設置ggh的wfgd系統投入運行后,在煙囪周圍經常會 飄落大量的細小液滴,仿佛下了一場雨,待雨點蒸發后,留下白
5、色的固體痕跡, 因此將這種現象稱之為石膏雨。由于石膏南造成的固態污染物痕跡難以清理,對 電廠周圍居民的口常生活及出行影響極大。在北方環境溫度較低的地區,石膏雨 現象較為頻繁。為解決這一問題,進行了木文研究。1石膏雨生成原因(1) 煙囪入口煙氣溫度低。對于未安裝ggh的濕法脫硫裝置,其吸收塔出口 排煙溫度一般為4555°c,已達到或接近臨界濕飽和狀態。低溫下含飽和水蒸氣 的凈煙氣很容易產生冷凝,同時,較低的排煙溫度將影響煙氣的抬升高度和擴散2 。(2) 煙氣中液滴含量高。安裝在脫硫塔岀口的除霧器主要作用是降低凈煙氣 中的液滴含量,如果通過除霧器的煙氣流速高或除霧器沖洗不及時,易造成除霧
6、 器失效,則直接導致凈煙氣中小液滴含量增加。(3) 煙囪的設計與運行。對于未安裝ggh的脫硫系統,如果煙囪內的煙氣流 速高、偏離設計值,或煙囪內選用防腐材料表面粗糙以及煙囪高度不夠等,均會 導致較嚴重的石膏用現象。(4) 缺乏必要的設備檢修與運行調整。除塵器效率低,脫硫塔噴淋霧化效果 差,脫硫塔漿液ph值低,鍋爐尾部煙道漏風嚴重以及鍋爐排煙溫度高,均會加 劇石膏雨現象。(5) 環境因素影響。環境溫度低,凈煙氣排出煙囪后易冷凝形成小液滴;煙 氣抬升高度隨煙囪出口處風速的提高而降低;煙囪周圍地勢高,煙氣擴散能力下 降。2混合式煙氣再熱技術2.1原理對于無ggh的wfgd系統來說,無論是煙道尾部的腐
7、蝕還是石膏雨現象 的發生,其根本原因就是凈煙氣溫度過低?;旌鲜綗煔庠贌峒夹g(以下簡稱混合 式ggh技術)的基木原理,就是將鍋爐系統一定量的熱風引入到wfgd系統凈 煙氣中,熱風與脫硫后的凈煙氣直接混合,將凈煙氣溫度提升到合理范圍,從而 減少煙道煙氣結露、積酸,避免石膏雨的岀現3。2.2混合式ggh技術的實施要點(1) 風道阻力。混合式ggh系統的設計采用無輔助風機,完全依靠鍋爐系統 熱風道和wfgd系統凈煙道止常運行中的壓差,輸送足夠的熱風與凈煙氣混合, 因此要求輸送熱風的阻力必須小于上述兩系統的壓差。(2) 風機出力裕量?;旌鲜絞gh系統的應用,首先要求鍋爐系統一次風或二 次風系統出力具有一
8、定的裕量,據此確定在保證鍋爐燃燒所需風量的前提下,能 夠提供給混合式ggh系統的最大熱風量,然后再依據實際熱風溫度計算出混合 后凈煙氣溫度,以確定其加熱凈煙氣能力。(3) 熱風與凈煙氣的混合。在未設置ggh的wfgd系統中,吸收塔岀口凈 煙道以及煙囪內壁的防腐材料最高可承受170°c的高溫,因此應提高熱風與凈煙 氣的混合效果,減少熱風對防腐材料的損傷。(4) 熱控保護邏輯。為了保證鍋爐系統和wfgd系統安全運行,應為混合式 ggh系統建立與鍋爐系統和wfgd系統分別聯系的熱控保護邏輯,以保證在緊 急事故狀態時機組能夠安全運行。3混合式ggh技術的應用3.1基本情況某熱電廠位于遼宇省撫
9、順市市區內,2臺300mw燃煤發電機組于2008年年 底投入運行,煙氣脫硫采用未設ggh的石灰石石膏濕法脫硫工藝。機組投產后 經常在煙囪周圍岀現石膏雨,其順風向飄落在附近的居民區,當地居民因此意見 很大。為此,該熱電廠采取混合式ggh系統對原系統進行了改造。3.2混合式ggh系統簡介撫順某熱電廠鍋爐二次風系統除滿足爐膛燃燒需要,述有一定裕量,因此可 以采用抽取鍋爐熱二次風加熱凈煙氣的混合式ggh技術。該廠混合式ggh系3-4 統如圖1所示,從鍋爐空氣預熱器(空預器)后二次風箱引出部分熱二次風輸送至 脫硫系統出口煙道,加熱脫硫后的凈煙氣?;旌鲜絞gh系統主要設備包括熱風管道、2個關斷門和1個調整
10、門。熱風 管道布置:從鍋爐系統熱二次風箱中間切向接出圓形風道,并將熱風管道引出鍋 爐系統,在鍋爐廠房內利用鋼梁支撐風道,然后利用除塵器頂部支撐風道,經過 除塵器后,風道向下插入吸收塔出口水平凈煙道的頂部。圖1混合式ggh系統示意3.3系統主要設計參數混合式ggh系統的主要設計參數如表1所示。在鍋爐100%額定工況(ecr 工況)下,加熱后的凈煙氣溫度可以達到71°c,鍋爐系統輸送熱風流量(標準狀態, 下同)為 110500m3/ho表1混合式ggh系統的主要設計參數項目100%ecr 工況70%ecr工況鍋爐燃煤*/(th-*)213.5145.6吸收塔出口煙氣氧體積分數/%6.37
11、.2凈煙氣流量伽3.盯)1233000824000抽取的熱二次風流量/(m3-h-*)110500105500熱二次風溫度/°c290270吸收塔111 口凈煙氣溫度/°c5555煙氣相對濕度/%100100煙氣中霧滴質量濃度/(mgm-3)8888混合后的凈煙氣溫度/°c7172凈煙氣加熱系統風道阻力/pa399.6364.43.4熱風與凈煙氣的混合方式為保證熱風與凈煙氣能夠快速且均勻地混合,混合接口處采用如下設計:(1) 在凈煙道彎頭處插入熱風管道,該處凈煙氣呈紊流狀態,比較容易混合;熱風道伸入凈煙道一段距離;(3) 熱風道在進入凈煙道前進行變徑,將噴口直徑減
12、小,提高噴口風速;(4) 熱風噴口設計成內外筒式,并在內外筒之間沿流速方向呈60。焊接6片導 流板,以增大熱風與凈煙氣的接觸面積。3.5熱工控制及保護邏輯混合式ggh系統在熱風道的鍋爐側和脫硫側設置關斷閥門,在中間設置調 節閥門,在煙囪入口凈煙道斷面處均勻布置數個熱電偶。鍋爐系統和wfgd系 統的保護邏輯如下:(1) 任一臺空預器、送風機、引風機跳閘,聯鎖關閉關斷門及調整門;(2) 進入鍋爐的總風量50%,聯鎖關閉關斷門及調整門;(3) wfgd跳閘,聯鎖關閉關斷門及調整門;(4) 二次風大風箱與爐膛間的壓差372.4pa,聯鎖關閉關斷門及調整門;(5) 凈煙道混合后的煙溫170°c
13、,聯鎖關閉關斷門及調整門。4混合式ggh系統的技術經濟分析4.1凈煙氣加熱特性混合式ggh系統投用前,機組在70%ecr情況下維持正常運行,空預器出 口熱二次風壓力維持在600700pa,混合式ggh系統的各關斷門、調節擋板均 處于關閉狀態,鍋爐各項參數正常,二次風量調節切換為手動運行。逐步開啟調 節擋板,并保持空預器岀口熱二次風壓力、鍋爐省煤器出口氧量不變。進一步開 啟調節擋板,使煙囪入口凈煙氣溫度逐步上升(見圖2),由53.0°c上升至71°c, 上升了 18.1°co7050 111*020406080100圖2調節擋板開度與煙囪入口煙氣溫度的關系4.2熱二
14、次風抽取量和凈煙氣溫度混合式ggh系統投用后,鍋爐不同負荷下抽取的熱風流量和加熱后凈煙氣 溫度試驗數據如表2所示。表2熱二次風抽取量和凈煙氣溫度項目60%ecr75%ecr90%ecr100%ecr鍋爐燃煤量/(th->)159182.7199.1221.7空預器出口熱二次風壓力/pa610/670616/607625/675727/717空預器出口熱二次風溫度/°c283/290288/295307/310307/308熱二次風調節擋板開度/%97.696.491.697.5抽取的熱空氣流量/(mfi)10410010270099900105200與設計風塑偏差/%5.879
15、.64.8煙囪入口凈煙氣溫度(1)/°c71.971.670.270.8煙囪入口凈煙氣溫度(2)/°c70.371.470.670.7煙囪入口凈煙氣溫度(3)/°c71.471.770.570.6煙囪入口凈煙氣平均溫度/°c71.270.670.470.7與設計溫度偏差/°c-0.8-0.4-0.6-0.3表2結果表明:在鍋爐不同負荷下,輸送的熱風量與設計值(110510nwh)偏差均小于10%,混合式ggh系統設計合理,達到設計出力要求;(2) 各負荷下煙囪入口凈煙氣溫度與設計值偏差小于1°c,達到設計要求;(3) 煙囪入口 3個凈
16、煙氣溫度測點最大溫差小于2°c,表明熱風與凈煙氣混合 充分,進入煙囪的凈煙氣溫度場分布均勻。4.3熱一次風溫度、熱二次風溫度及排煙溫度混合式ggh系統投運后,鍋爐系統由于增加了送風量,空預器的換熱情況發生了變化。抽取熱二次風后鍋爐主要參數變化的試驗結果如表3所示。表3抽取熱二次風后鍋爐主要參數的變化項目抽取熱二次風擋板開度/%60%ecr75%ecr90%ecr100%ecr097.59096.37091.59097.5凈煙氣溫度/°c54.371.256.670.656.670.455.570.7鍋爐燃煤量/(th-1)159.7159.0162.4182.7200.51
17、99.1214.1221.7氧體積分數(平均值)/%&448.588.037.936.085.936.146.33空預器出口熱二次風溫度 /°c300.9286.8303.5291.9319.5308.7317.8307.7熱二次風溫度變化幅度/°c-14.1-11.7-10.9-10.2空預器出口熱一次風溫度 /°c312.5301.4314.4305.0331.5323.0329.7321.6熱一次風溫度變化幅度/°c11.29.48.5&1空預器出口煙氣溫度/°c112.198.0116.5103.711&5107
18、.211&7107.9排煙溫度變化幅度/°c-14.1-12.8-11.4-10.8表3結果表明:(1) 凈煙氣溫度提高,鍋爐空預器出口熱一次風、熱二次風溫度和排煙溫度下降;(2) 在凈煙氣溫度相同條件下,熱一次風、熱二次風溫度和排煙溫度的溫降 幅度隨著鍋爐負荷的增加而減小(見圖3);(3) 鍋爐60%ecr工況下,排煙溫度降為98.0°c,由于排煙溫度過低會造成鍋爐空預器冷端的腐蝕和結垢,在實際運行中控制排煙溫度不低于100°co4.4鍋爐熱效率混合式ggh系統的投用,鍋爐的輸出熱損失發生了改變,鍋爐熱效率隨之 變化,鍋爐熱效率數據如表4所示。依據gb1
19、01841988電站鍋爐性能試驗 規程中有關規定,采用反平衡方法測量和計算鍋爐熱效率。由于抽取熱二次風 加熱凈煙氣帶走部分熱量,在計算鍋爐熱損失時,將抽取熱二次風熱損失單獨作 為一項熱損失進行計算,計算公式為r|=100(q2+q3+q4+q5+q6+q7)(1)式中:q為鍋爐熱效率,%; q2為排煙熱損失,%; q3為可燃氣體未完全燃 燒熱損失,%; q4為固體未完全燃燒熱損失,%; q5為鍋爐散熱損失,%; q6 為灰渣物理熱損失,%; q7為抽取熱二次風熱損失,%o表4抽取熱二次風后鍋爐熱效率的變化項冃抽収熱二次風擋板開度/%60%ecr75%ecr90%ecr100%ecr097.59
20、096.37091.59097.5收到基低位發熱量 /(kj-kg-1)1254513218128691277514145136241365613798收到基灰分/%22.0520.4720.2218.3616.2615.2217.9617.33全水分/%30.5030.1031.6033.0032.0031.6031.4031.60煙囪入口凈煙氣溫度 rc54.371.256.670.656.670.455.570.7排煙熱損失/%6.005.375.805.375.344.985.6059抽取熱二次風熱損失/%-1.276-1.060-0.938-0.991鍋爐熱效率/%93.2292.5
21、993.5192.9594.1093.5993.8193.31熱效率偏差/%0.630.560.510.50根據表4結果可以得到如下結論:(1) 隨著抽取熱二次風量的增加,凈煙氣溫度升高,鍋爐熱效率降低;(2) 隨著鍋爐負荷的增加,抽取相同熱二次風量對鍋爐熱效率的影響幅度降 低。4.5鍋爐輔機功耗鍋爐輔機功耗變化數據如表5,混合式ggh系統增大了通過空預器的空氣 量,增加了送風機功耗;熱空氣進入凈煙道后增加了凈煙氣體積,使得煙氣阻力 增加,造成引風機和增壓風機功耗升高。表5輔機功耗變化項目60%ecr75%ecr90%ecr100%ecr送風機增加功耗7569.684.3124.1引風機、增壓
22、風機增加功耗19.42327.779.94.6機組供電煤耗變化機組供電煤耗數據如表6所示,混合式ggh系統投用后,鍋爐熱效率降低,輔機電耗增加,最終導致機組供電煤耗增加。表6機組供電煤耗變化,g/(kw h)項目60%ecr75%ecr90%ecr100%ecr混合式ggh投用前機組供電煤耗340.32339.66334.85329.57風機增加功耗導致煤耗增加0.1770.1390.1380.223鍋爐熱效率下降導致煤耗增加2.1421.9191.7141.65總共導致煤耗增加2.3192.0581.8521.8734.7與其他類型ggh經濟性對比以采用無ggh的wfgd系統的300mw機組
23、為例,將混合式ggh系統同 熱媒式ggh和回轉式ggh進行經濟性對比,結果如表7所示4。計算采用的 基礎數據為:機組年運行5500h,廠用電價0.4元/(kw h),標煤單價為800元/t, 維修費用按固定資產原值x2.25%計,固定資產折舊按20年計(未計算貸款利息), 工業用水2.24元/t。表7結果表明:(1) 混合式ggh系統相對于熱媒式ggh和冋轉式ggh在基建投資上分別 節省550萬元和750萬元。(2) 相對于其他2種ggh換熱器,混合式ggh系統總消耗費用每年分別節 省6萬元和154萬元。(3) 熱媒式ggh和回轉式ggh運行時易出現腐蝕與堵塞,會造成運行費用 增加;相比之下,
24、混合式ggh系統運行更為安全、經濟。項目熱媒式ggh回轉式ggh混合式ggh排煙溫度/°c808071工藝耗水量/(th-*)20300ggh系統阻力/pa7001100100煙氣泄漏率/%010增加風機功耗/kw9501500205投資費用/萬元10001200450水耗費用/(萬元25370增加運行費用/(萬元礦|)209330267維護費用/(萬元卞1)232710固定資產折舊費用/(萬元廠)506023總消耗費用合計/(萬元3064543005結語由以上分析可見,混合式ggh系統布置簡單,改造實施方便,運行安全可 靠,在功能上可完全取代傳統ggh,且避免了堵灰和腐蝕等問題。此外,混合 式ggh可根據排煙溫度和周圍環境的變化,靈活、實時地調整凈煙氣的加熱幅 度,使凈煙氣溫度始終控制在合理范圍內。運行實踐表明,采用混合式ggh, 解決了 wfgd系統煙囪飄石膏雨的問題,且一次性投資少,年消耗費用相對較 低,社會效益和經濟效益顯著。該技術可為已出現石膏雨和可能出現石膏雨的電 廠所借鑒。參考文獻1 韓璞,毛新靜,焦嵩鳴,等.濕法煙氣脫硫中ggh的利弊分析j電力科 學與工程,2006,3(2):28-30. han pu, mao xin-jing, jiao so
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