氟塑料管式MGGH 系統(tǒng)在濕煙羽治理過程中的應(yīng)用

王金剛

北京新世翼節(jié)能環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?北京 100070

0 緒論

眾所周知工業(yè)企業(yè)廢氣不能直接排放到大氣中,為有效去除鍋爐排放煙氣中的硫氧化物,需加裝脫硫設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計國內(nèi)機組絕大多數(shù)企業(yè)選用的濕法脫硫工藝,此工藝處理后的煙氣溫度普遍在45～60℃之間,煙氣處于半飽和或者飽和態(tài)。

飽和態(tài)煙氣與空氣混合后溫度降低,會有大量冷凝水析出,析出的液滴對周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響,因此企業(yè)多會選擇加裝換熱器提升煙氣溫度以提高煙氣擴散范圍,早期項目通常做法是加裝金屬材質(zhì)GGH,利用脫硫前的高溫煙氣加熱脫硫后的低溫煙氣。常規(guī)煙氣GGH 金屬傳熱元件在運行過程中經(jīng)常堵塞、腐蝕沖刷現(xiàn)象[2],降低了脫硫系統(tǒng)的運行可靠性,而且?guī)缀趺磕甓家鼡Q傳熱元件,檢修維護費用很高。通GGH 的設(shè)計泄漏率約增加1%,會造成脫硫效率下降約1%。因此在設(shè)置常規(guī)的GGH 裝置后,難以實現(xiàn)較高的小于35mg/Nm3的SO2排放目標。

由于以上問題的存在,國內(nèi)外有已有眾多電廠拆除GGH 換熱器[3],或者采用氟塑料換熱器替代原回轉(zhuǎn)式GGH,本文結(jié)合國內(nèi)某電廠600 MW 燃煤機組脫硫提效改造過程,詳解氟塑料MGGH：水媒式煙氣換熱器系統(tǒng)。

1 有色煙羽形成機制

“有色煙羽”主要指工業(yè)企業(yè)廢氣治理設(shè)施采用濕法脫硫(常見有石灰石/石灰-石膏法、氨法、鎂法、雙堿法)、脫硝等凈化工藝時,脫硫塔出口的濕煙氣經(jīng)過煙囪排放到大氣中,因環(huán)境溫度較低,煙氣溫度較高,煙氣預(yù)冷會迅速冷卻,煙氣中的水分發(fā)生氣液轉(zhuǎn)變形成霧滴,液態(tài)水滴因陽光散射、觀察角度等因素會產(chǎn)生顏色改變,這一現(xiàn)象成為“有色煙羽”,具體可呈現(xiàn)藍、灰、白等顏色。

根據(jù)空氣的物理特性,一定量的空氣在相同溫度、壓力下容納水蒸氣的能力是定值即飽和比濕。圖1中的曲線BDC即是不同溫度下的飽和比濕連線。當外部環(huán)境所容納的水蒸氣超過該溫度下的極限時,多余的水蒸氣就會在環(huán)境大氣中析出,凝結(jié)成液態(tài)小水滴,形成肉眼看到的“白煙”(處于圖1中的飽和比濕線左側(cè)的區(qū)域)。

圖1 原煙氣降溫特性曲線

如圖1所示。假定脫硫塔出口的煙氣狀態(tài)位于A 點(臨近飽和態(tài)),此時對應(yīng)的環(huán)境溫度的狀態(tài)點位于O 點。如果煙氣不經(jīng)過處理直接排放,煙氣會沿著AB曲線降溫,達到B 點后煙氣狀態(tài)處于飽和態(tài),此后濕煙氣與環(huán)境大氣的混合降溫,由于煙氣處于飽和態(tài)溫度降低就意味著有水滴析出,形成所謂的煙囪“白煙”。對于采用石灰石-石膏法脫硫的項目,冷凝水中夾帶著部分石膏顆粒,石膏會隨著液滴飄落到地面上,形成白色斑點狀的“石膏雨”,不僅僅會造成視覺污染,也會對周圍環(huán)境產(chǎn)生破壞。

2 有色煙羽治理工藝

根據(jù)有色煙羽生成機制,如要實現(xiàn)煙羽治理,需要保證排放后煙氣與大氣混合后不發(fā)生氣態(tài)向液態(tài)的相變,通常我們選擇煙氣加熱工藝來實現(xiàn)這一目的。

煙氣加熱技術(shù)是通過引入熱介質(zhì),加熱脫硫塔出口的飽和煙氣,煙溫升高后由于總的含水量沒有增加,煙氣可以由飽和態(tài)向不飽和態(tài)轉(zhuǎn)變,如圖2煙氣狀態(tài)由A點加熱后變到B點,此狀態(tài)的煙氣排放到大氣中,煙氣按照BO線變化,降溫曲線始終處在不飽和區(qū),從而規(guī)避了有色煙羽的產(chǎn)生。

圖2 加熱后煙氣降溫特性曲線

3 MGGH 工藝系統(tǒng)設(shè)計

3.1 工藝流程 本文結(jié)合國內(nèi)某電廠600 MW 燃煤機組脫硫提效改造過程為例,該項目一期安裝了兩臺600 MW 抽汽凝汽機組,兩臺機組均采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝。煙氣換熱金屬GGH 換熱器,系統(tǒng)投運后換熱器腐蝕泄露明顯,每年均需投入大量資金維護換熱器以保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

具體布置方式為脫硫塔入口水平煙道上設(shè)置1套煙氣冷卻器,將煙氣由133℃冷卻至98℃,煙氣放出的熱量用于加熱循環(huán)熱媒水,熱媒水進入到脫硫塔后的煙氣再熱器,煙氣溫度由50℃升到80℃后排放大氣中,高溫熱媒水放熱降溫后由循環(huán)泵驅(qū)動回至煙氣冷卻器進行下一個換熱過程。加熱后的80℃煙氣相對加熱前的50℃煙氣,煙氣含水量沒有變化,煙氣溫度升高后攜帶水能力增強,故煙氣狀態(tài)由飽和態(tài)向不飽和態(tài)轉(zhuǎn)變。

經(jīng)過升溫煙氣的排放后不發(fā)生氣液相變,從原理上可以消除有色煙羽、石膏雨現(xiàn)象。

3.2 工藝系統(tǒng)流程簡圖

3.3 工藝設(shè)計參數(shù)

3.3.1 煙氣冷卻器參數(shù) 該煙氣量約2229894 Nm3/h(干標態(tài)),煙氣入口煙溫133℃,煙氣出口煙溫98℃,換熱量123GJ/h。換熱器入口水溫75℃,出口水溫106℃,水量1000噸/h。核算換熱面積26000 m2,需要10個換熱器模塊。煙氣側(cè)阻力約650Pa,水側(cè)阻力約110 KPa。

3.3.2 煙氣加熱器參數(shù) 煙氣量約2161842Nm3/h(干標態(tài)),煙氣入口煙溫50℃,煙氣出口煙溫80℃,換熱量123GJ/h。換熱器入口水溫105℃,出口水溫76℃,水量1000噸/h。核算換熱面積26000 m2,需要10個換熱器模塊。煙氣側(cè)阻力約450Pa,水側(cè)阻力約110KPa。

3.4 實際運行結(jié)果 經(jīng)過第三方權(quán)威機構(gòu)測試,MGGH 系統(tǒng)各項運行參數(shù)優(yōu)于設(shè)計參數(shù),系統(tǒng)阻力500Pa,遠低于設(shè)計保證值。滿負荷工況下煙氣加熱器進口溫度51℃,出口溫度84.4℃,消除了“有色煙羽、石膏雨”現(xiàn)象。

4 氟塑料管熱管壁厚選取原則

同一種材質(zhì)的換熱管,為了保證強度,管徑越大所需要的壁厚也應(yīng)該越大,否則換熱管存在爆管風險。通常可以用環(huán)向應(yīng)力值來評估管道是否安全。

環(huán)向應(yīng)力計算公式：

按照《GB/T 6111-2003流體輸送用熱塑料管材耐壓試驗方法》中給出的公式校核出來的環(huán)向應(yīng)力值(S運行*2＜＝4.5 MPa),以此計算安全的管道規(guī)格為8x0.8 mm、10x1 mm,即管道外徑不大于10倍的管道壁厚。

5 總結(jié)

MGGH 系統(tǒng)安裝完畢經(jīng)調(diào)試試運行后,各項技術(shù)參數(shù)均滿足設(shè)計需求;煙氣再熱器的出口煙氣溫度大于80℃;冷卻器和再熱器的阻力小于500Pa;MGGH 系統(tǒng)投入運行,減緩了煙囪的腐蝕,提高了煙溫排放,徹底解決了“有色煙羽、石膏雨”現(xiàn)象,更好的改善了周邊的環(huán)境。