彭文華

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000）

0 引言

石灰石-石膏濕法脫硫工藝因其脫硫效率高、成本低、技術成熟等突出優(yōu)點，在燃煤發(fā)電機組得到了廣泛應用[1-3]。鍋爐尾部煙氣經除塵后進入脫硫塔噴淋脫硫，煙溫降至50 ℃左右，而后飽和濕煙氣經煙囪進入大氣環(huán)境，由于煙氣溫度低于大氣環(huán)境溫度，飽和濕煙氣遇冷后凝結成大量粒徑在1 μm左右的微小液滴，這就是平常所見的燃煤電廠煙囪冒出的長長的“白煙”，即所謂“濕煙羽”[4-5]。此外，脫硫后煙氣濕度高、溫度較低，容易對出口煙道和煙囪造成腐蝕[6-8]。為了消除“濕煙羽”現(xiàn)象產生的視覺污染及腐蝕問題，燃煤電廠采取的措施之一便是利用蒸汽對脫硫塔出口飽和濕煙氣進行加熱，提升溫度后再進行排放。該方式會增加機組能耗，基于此，MGGH（Mitsubishi Gas-Gas Heater）煙氣余熱回收及再熱裝置系統(tǒng)應運而生，其利用空預器出口120～150 ℃的煙氣加熱熱媒水，再通過熱媒水加熱脫硫出口煙氣，實現(xiàn)一舉多得的目的。

1 傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)概述

MGGH系統(tǒng)作為燃煤電廠治理濕煙羽排放的有效手段，其核心設備就是前置熱回收器和后置再加熱器。傳統(tǒng)熱回收器與再加熱器均為管殼式熱媒水換熱器，熱回收器通常布置在電除塵器前，再加熱器布置在脫硫塔之后，圖1所示為傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)除了能夠實現(xiàn)濕煙羽控制，還可將電除塵器入口煙氣溫度降至低低溫狀態(tài)，降低煙塵比電阻，有效提高電除塵器電場二次電壓，提高除塵效率。煙氣溫度降低也使得煙氣流量減小，電除塵器電耗降低，同時可實現(xiàn)對煙氣中SO3、Hg等污染物的高效、協(xié)同捕集。另外，煙氣溫度降低能夠大大減少后續(xù)脫硫的耗水量。

圖1 傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)

通過上述分析可知，傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)熱回收器布置在電除塵器前有諸多益處，但在工程應用中也逐步暴露出一些嚴重的缺陷，其中最為致命的是熱回收器換熱管磨損、腐蝕等因素導致的熱媒水泄漏問題。傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)熱回收器采用的是管殼式換熱器，某處出現(xiàn)泄漏點，會導致?lián)Q熱管內的熱媒水源源不斷地泄漏進入煙道，甚至泄漏至電除塵器中，引發(fā)煙風道系統(tǒng)及灰斗輸灰堵塞，進而威脅到整個低低溫電除塵系統(tǒng)的安全運行，最終不得不停運出現(xiàn)故障的MGGH系統(tǒng)。

2 重力熱管式MGGH系統(tǒng)應用

2.1 基本概況

某330 MW亞臨界自然循環(huán)燃煤鍋爐發(fā)電機組，采用亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包爐，鍋爐型號為DG1036/18.2-Π4，為一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型爐。為消除煙囪濕煙羽并提高電除塵器的除塵效率，安裝了傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)，熱回收器采用管殼式熱媒水換熱器，布置在電除塵器前，運行若干年后，熱回收器換熱管磨損嚴重，使得機組熱媒水泄漏至煙道，影響機組安全運行，電廠不得不停運熱回收器，轉而依靠蒸汽加熱熱媒水來消除濕煙羽，造成電廠煤耗增加。此外，熱回收器的停運，造成進入電除塵器入口的煙氣溫度過高，電除塵效率下降，鍋爐熱損失增大。由于傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)存在弊端，基于重力熱管技術的新型MGGH系統(tǒng)得到了開發(fā)和應用。

2.2 重力熱管式MGGH系統(tǒng)應用

為防止熱媒水泄漏導致MGGH系統(tǒng)故障引發(fā)一系列不良后果，開發(fā)一套熱媒水無泄漏的新型MGGH系統(tǒng)顯得尤為重要。而采用重力熱管技術的熱回收器能夠實現(xiàn)熱媒水無泄漏安全穩(wěn)定運行，這主要得益于重力熱管工作原理及其特有的結構，圖2所示為重力熱管式熱回收器結構示意圖。熱管為一根兩端密封的管子，內部抽成真空狀態(tài)并注入少量液態(tài)換熱工質，液態(tài)工質在煙氣側吸熱汽化后蒸發(fā)上升至熱媒水側，被熱媒水冷卻后放熱液化，液化工質受到重力作用又重新流到煙氣側吸收熱量，如此往復循環(huán)，實現(xiàn)熱量傳遞[9-10]。熱管的煙氣側和熱媒水側兩部分由隔板分隔，煙氣在下方流通，熱媒水在上方流通，互不干涉。此外，熱媒水側還設置了單獨的流通通道，該通道與隔板互不相通，多重隔離最終確保了熱媒水無法泄漏至煙道。此外，每根重力熱管獨立進行傳熱，管內工質互不相通，某根熱管磨損或腐蝕后，熱管內部少量工質泄漏至高溫煙氣中迅速蒸發(fā)，對機組運行無影響，且對熱回收器換熱效率影響小。

圖2 重力熱管式熱回收器結構示意圖

該電廠原有MGGH系統(tǒng)故障集中于電除塵器前的熱回收器，其余大部分設備均能達到運行要求，為保證項目合理投資，改造過程中可對MGGH系統(tǒng)中無須更換的設備進行再利用。圖3所示為新型重力熱管式MGGH系統(tǒng)，在電除塵器進口喇叭前煙道位置安裝重力熱管式熱回收器，熱媒水與熱煙氣通過熱管式熱回收器進行熱交換，使得電除塵器入口的運行溫度降至低低溫狀態(tài)。熱媒水取自機組除鹽水，熱媒水進入重力熱管式熱回收器吸收煙氣余熱，加熱后的熱媒水通過增壓泵輸送至再加熱器加熱脫硫出口濕煙氣，使得煙囪出口煙氣溫度上升，熱媒水在再加熱器放熱后返回至重力熱管式熱回收器重新吸收煙氣熱量，如此往復循環(huán)，最終實現(xiàn)MGGH系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時，消除煙囪濕煙羽，降低除塵器入口煙氣溫度，達到一舉多得、節(jié)能減排的目的。

圖3 重力熱管式MGGH系統(tǒng)

3 應用效果分析

3.1 設計參數(shù)及布置方案

本次改造所使用的煤質分析如表1所示。

表1 煤質及灰分分析

表2為熱管式熱回收器性能參數(shù)表，重力熱管式熱回收器采用鉛錘布置，在滿負荷情況下應使煙氣溫度由135 ℃降至90 ℃，同時滿足煙氣阻力要求，能保證進入再加熱器熱媒水的水溫，確保再加熱器能將濕煙氣加熱至合理溫度后排放。

基于上述設計參數(shù)對重力熱管式熱回收器進行了設計，并根據現(xiàn)場條件對重力熱管式熱回收器進行布置，重力熱管式熱回收器模塊安裝布置圖如圖4所示。單個煙道熱管式熱回收器沿煙氣方向分成前、后兩個換熱區(qū)，垂直煙氣方向設置4組換熱模塊，單個煙道設置8個換熱模塊，4個煙道總計32個換熱模塊。該布置方式確保了每個模塊相互獨立，均能夠單獨抽出，實現(xiàn)了單個模塊檢修、更換處理功能。

圖4 重力熱管式熱回收器模塊安裝布置圖

3.2 結果分析

現(xiàn)場實際運行結果顯示，當機組運行負荷為330 MW時投運MGGH系統(tǒng)，重力熱管式熱回收器入口煙溫由149 ℃降至100.5 ℃，降溫幅度達到48.5 ℃，雖然與設計值有所偏差，但是降溫幅度滿足設計要求。通過重力熱管式熱回收器吸收熱量用于加熱脫硫后濕煙氣，脫硫塔出口煙氣溫度為50.4 ℃，經升溫后最終達到75 ℃左右排放。從圖5白煙分析焓濕圖可以看出，在當?shù)啬昶骄鶜鉁叵拢?8 ℃，78%RH，對應圖中O點）煙溫從50.4 ℃（A點）升至75 ℃（B點）可消除白煙，冬季環(huán)境溫度較低情況下也可大大減輕白色煙羽現(xiàn)象。

圖5 白煙分析焓濕圖

因此，基于重力熱管技術的MGGH系統(tǒng)的投運，不僅使得煙囪排放濕煙羽得到了有效控制，還讓煙氣余熱得到了充分利用，提高了電除塵器的除塵效率，降低了電除塵器的耗電量，性能能夠滿足設計要求，真正做到節(jié)能減排，符合當前雙碳背景下的降碳要求。

4 結束語

基于重力熱管技術的新型MGGH系統(tǒng)相比于原有傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢。其中最重要的是重力熱管式熱回收器徹底解決了傳統(tǒng)管殼式熱媒水熱回收器泄漏導致的一系列問題，保證了整個MGGH系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，消除了白色煙羽排放；其次，基于重力熱管技術的MGGH系統(tǒng)在回收煙氣余熱以及提高電除塵器除塵效率、降低電耗方面也表現(xiàn)突出。新型重力熱管式MGGH系統(tǒng)的應用給電廠超低排放帶來了諸多益處，在330 MW燃煤機組的成功運行也標志著該技術日趨成熟，為燃煤發(fā)電機組傳統(tǒng)MGGH系統(tǒng)升級為新型重力熱管式MGGH系統(tǒng)發(fā)揮了較好的示范作用。