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湿法烟气脱硫系统中取消GGH可行性探讨


全国火电大机组(600MW 级)竞赛第十届年会论文集

锅炉

湿法烟气脱硫系统中取消 GGH 可行性探讨
杨卫东 (扬州第二发电有限责任公司,扬州 225131)

摘要:本文通过对石灰石—石膏湿法脱硫工艺中安装 GGH 后所排放的烟气对 FGD 系统下游烟道和烟囱仍存在的腐蚀
作用、对地面的污染浓

度已及白烟现象等问题的阐述,以扬二二期扩建项目脱硫工程为例,从技术和经济角度分析了 湿法烟气脱硫系统中取消 GGH 的可行性,供电厂同行们参考。

关键词:烟气脱硫 GGH 腐蚀 地面污染浓度

GGH 即气-气交换器(GAS GAS HEATER) ,在烟气湿法脱硫系统(WFGD 系统)中设置此设备 的最初目的是为了提高净化后的烟气温度,使其高于露点温度,以避免烟道、烟囱的腐蚀,并有利于 提高烟囱出口烟气的排放抬升高度。 但根据国内外专家及学者的研究表明,设置 GGH 虽然提高了净化后的烟气温度,提高了烟气的 排放抬升高度,但对避免烟道、烟囱的腐蚀作用却微乎其微,烟道和烟囱的防腐措施仍然不容忽视。 从目前已投入运行的相关电站了解的情况看,GGH 不仅初投资大、运行维护费用高,而且,GGH 系 统可靠性差,是造成 FGD 事故停机的主要原因。因此,WFGD 系统是否设置 GGH,已成为脱硫系统 配置时争论的热点。 随着火电厂脱硫技术的不断成熟,以及对 WFGD 系统的进一步了解,在项目管理中对 GGH 施工 工艺的复杂性及今后恶劣的运行工况的进一步认识,笔者认为:WFGD 工艺中省去 GGH 在技术上是 可行的,经济上是节约的。本文将对该观点进行详细阐述。

1 设置 GGH 对烟道和烟囱腐蚀环境的影响:
水汽、残余的酸性物SO2、SO3、HCL、HF等是经湿法FGD系统脱硫后烟气中的主要腐蚀成分。 长期以来,人们一直认为,FGD系统中设置GGH,利用高温原烟气将净烟气加热到 80℃,便可抑制酸 性冷凝液的产生,避免净烟气对烟道和烟囱的腐蚀。但有关测试研究表明,加热烟气虽然对减少吸收塔 下游的冷凝物有一定的效果,但对去除透过除雾器被烟气夹带过来的液滴和汇集在烟道壁上的液滴重 新被夹带形成的较大液滴作用有限。况且,经测试发现,FGD系统不能有效去除的SO3恰恰是决定烟 气酸露点的主要成分,石灰石—石膏湿法脱硫后烟气酸露点在 90℃-120℃,即使脱硫后的烟气加热到 80℃以上, 仍低于该露点温度, 下游的烟道和烟囱仍会产生新的酸性冷凝液; 80℃这样的低温烟气, 而 无法在很短的时间内,将已经凝结在烟道或烟囱表面上的水或穿过除雾器的浆液快速蒸干,只能使这
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些液滴慢慢地浓缩、干燥。使得原先酸性不强的液滴,变成腐蚀性很强的酸液,在烟道和烟囱上形成 点腐蚀。 事实上,国内近几年上马(在建)或机组改造的石灰石—石膏湿法脱硫系统中,无论上不上 GGH, 业主方都充分注意到了净烟道和烟囱区域的腐蚀问题,在净烟道和烟囱上都采取了必要的防腐措施, 部分电厂的情况见下表:
项目名称 玉环电厂二期 (1000MW) 元宝山发电厂 4#机 (1*600MW) 华润电力 常熟第二发电厂 长沙金竹山(2*600MW) 扬州第二发电厂 (4*600MW) 湛江奥里油 (2*600MW) 是否安装有 GGH 无 烟道防腐 (形式及材料) 衬合金 1.4529 烟囱防腐 (形式及材料) 钛板 1.6 mm



玻璃鳞片

混凝土+耐酸砖 普通 Q235B 钢板与 1.2 mm 厚钛 板复合 混凝土+耐酸胶泥+耐酸砖 玻璃鳞片

无 无 有

玻璃鳞片 玻璃鳞片 玻璃鳞片



玻璃鳞片

宾高得玻璃钢

由上表可见,即使 WFGD 系统中配置了 GGH,烟囱及净烟道区域仍采用了防腐结构,而据一 些脱硫公司反映,目前无论有无 GGH,从防腐性能及经济性方面考虑,设计院对烟囱的设计都基本上 采用最基本的耐酸处理(混凝土+耐酸砖,耐酸胶泥勾缝) 。 因此,烟道和烟囱防腐措施仍必不可少。认为安装 GGH 后可以不对烟囱采取防腐措施,并以此 节省烟囱防腐所需费用的观点是错误的。

2 三个环境问题
在 FGD 系统中,通过设置 GGH,是为了解决低温湿烟气直接排放会带来 3 个环境问题和一个设 备问题,即:地面污染浓度相对较大、出现白烟影响视觉、凝结水形成降水影响局部环境、造成吸收 塔下游设备的腐蚀。以下分别论述。 2.1 地面污染浓度问题 FGD 系统中设置 GGH 的首要目的是提高烟气的排放抬升高度,其实质是加大烟气的扩散范围、 使烟气中污染物的落地浓度降低。 根据有关资料显示,与设置 GGH 相比,FGD 系统中不设置 GGH,在环境湿度未饱和条件下,烟 气的抬升高度会下降 1/3—1/2;烟气扩散面积减小,烟气中污染物落地浓度增大。这似乎表明,设置 GGH,在一定程度上减少了地面的污染浓度。但值得注意的是,有关研究表明:如环境温度处于饱和 状态,由于烟羽中的液态水不会再次蒸发,湿烟羽的抬升高度甚至比加热到 80℃的干烟羽还要高,在 这种情况下,不对烟气进行再加热也不会造成地面污染浓度的增大。况且,从环境质量的角度来看, 原烟气经脱硫系统处理后,主要污染物 SO2 和 NOX 中的 SO2 排放量已远远低于排放标准要求,无论
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装设 GGH 与否,其落地浓度也只占环境允许值的很小一部分;对于 FGD 系统中无法去除的 NOX, 虽然装设 GGH 可以减小 10%左右的环境允许值,但对环境的影响仍不显著,而降低 NOx 对环境的影 响的根本措施还是在于安装脱硝装置,通过扩散来降低落地浓度,并没有解决总体环境污染的问题。 事实上,通过提高烟气排放抬升高度,加大烟气的扩散范围、使烟气中污染物的落地浓度降低的 做法,并不能绝对降低污染度,即使不设置 GGH,落地污染物浓度也是在环境标准范围内。 2.2 白烟影响视觉 湿烟气在传输过程中会发生水气凝结, 从而造成所谓的白烟现象。 由于安装了 FGD 系统之后从烟 囱排出的烟气处于饱和状态,在环境温度较低时凝结水汽会形成很壮观的白色烟羽,这种现象在北方 环境温度较低的地区出现的几率很大。而实际上,这确实只是一个公众认识问题。白烟只是一种视觉 效果,它对环境质量没有任何影响,即使安装了 GGH,将排烟温度提升到 80℃,但当烟气扩散传输 至具备水汽凝结的地区后,仍会形成白烟,只不过因其已远离电厂烟囱。 因此,白烟影响视觉,确实只是一个视觉问题,对可能带来的心理影响,我认为是可以通过其他 的非技术手段来实现,比如企业采用恰当的宣传、解释等公关方法是可以解决“白烟影响视觉”带来 的心理影响。 2.3 凝结水形成降水影响局部环境 FGD 系统中不设置 GGH,由于吸收塔出口净烟气温度较低,当在环境空气中的水分接近饱和, 而且气象扩散条件不好时,烟气离开烟囱出口时会形成冷凝水滴,形成所谓“烟囱雨” ,在烟囱周围的 地面上,有细雨的感觉。但凝结水量除取决于环境条件和烟气条件外,还与过饱和度有关。过饱和度 增大,凝结水量会减小。环境温度升高,也会减小凝结水量。凝结水中只有那些较大的液滴才会形成 雨水降落到地面,大部分较小的液滴,在传输过程中若没有机会形成大液滴,最终会重新蒸发。 虽然装设 GGH,提升了烟气的出口温度,会缓解凝结水形成降水影响局部环境的局面,但与前面 两个问题一样,一方面只是解决了感觉上的问题,另一方面,也只是减轻了局部的环境污染问题,而 没有从根本上解决总体的环境污染。

3 运行维护问题
由于原烟气在 GGH 中由 130℃左右降低到酸露点以下的 80℃, 因此在 GGH 的热侧会产生大量的 粘稠的浓酸液。这些酸液不但对 GGH 的换热元件和壳体有很强的腐蚀作用,而且会粘附大量烟气中 的飞灰。另外,穿过除雾器的微小浆液液滴在换热元件的表面上蒸发之后,也会形成固体的结垢物。 上述这些固体物会堵塞换热元件的通道,进一步增加 GGH 的压降。因此,安装 GGH 后,由于 GGH 部件的腐蚀和换热元件堵塞造成的增压风机的运行故障已经成为 FGD 系统长期稳定运行的瓶颈之一, 降低了 FGD 系统的可用率,增加了维修费用。而取消 GGH,WFGD 的烟气系统得以简化,不仅系统 布置更简洁灵活,而且减少了与 GGH 相配套的蒸汽吹扫系统、压缩空气、冲洗水系统。因此,大大 提高了 FGD 系统的可靠性,达到高可用率运行。

4 经济性比较:
以下以扬二二期扩建工程的脱硫系统为例从投资及运行成本角度来分析 FGD 系统不采用 GGH 的

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可行性。 4.1 工程基本概况: 扬二二期扩建工程为 2×600MW 超临界机组,工程燃煤硫分为 0.6%,采用石灰石—石膏湿法脱 硫工艺,一炉一塔,全烟气脱硫,脱硫效率不低于 95%。两台炉合用一座 240 米双钢内筒烟囱,钢内 筒直径为 6 米。 主要烟气参数:
项目 烟气量(标态,湿基,实际含氧量) SO2浓度 烟气入口温度 烟气灰尘含量 单位 Nm /h mg/Nm ℃ mg/Nm
3 3 3

FGD 入口烟气参数 1,976,760 1,444.78 117 145.7

4.2 不设置 GGH 引起的系统参数变化: 1. FGD 排烟温度降至 52℃; 2.由于进入吸收塔的烟气温度较高, 为达到绝热饱和状态需两套 FGD 系统需增加的工艺水消耗量 约 80t/h 左右; 3.两台 GGH 驱动电机以及密封和低泄露风机功率减少约 480KW;两套增压风机轴功率减少约 1600KW,共减少功耗约 2080KW。 4.3 不设置 GGH 引起的费用变化: 1.取消 GGH 可节省建设投资约 4200 万元; 其中设备费约 3600 万元, 土建及安装费用约 600 万元; 2.烟囱防腐增加费用,如不设 GGH 采用衬镍基合金板方案约 2000 万元,目前采用喷涂乙烯基玻 璃鳞片方案约 600 万元; 3.运行费用:FGD 系统年利用小时按 5500 小时计算 电费:按厂用电价为 0.35 元/kWh 计算,每年减少的电耗支出为 0.35×2080×5500=400 万元 水费:水价按 1.0 元/m3 计算,每年增加水费 1.0×80×5500=44 万元 维护费:按设备费的 2.5%计算,每年可节省 3600×2.5%=90 万元 因此,2 套 FGD 装置如采用不设置 GGH 的方案, 可节省投资费用:4200+600-2000=2800 万元 维护费用: 400+90-44=446 万元 即,在本工程项目中,两台脱硫装置如不采用 GGH 的方案可节省总投资费用约 2800 万元,且年 运行费用为 446 万元。由此可见,取消 GGH 无论是对投资还是年运行费用,其经济效益是十分显著 的。

5 结论与建议
1. 无论安装 GGH 与否,经石灰石—石膏湿法脱硫工艺处理后的烟气均存在对烟囱和烟道的腐蚀 问题,烟道和烟囱防腐措施仍必不可少。

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2. 白烟现象和地面污染问题只是公众意识问题,FGD 系统中设置 GGH,虽然能有效的缓解对环 境无污染的白烟现象,但对解决总体的环境污染问题,没有实际效果。 3. 对于脱硫后烟气中 NOX 仍然超标的问题,应该通过安装脱销装置来彻底解决。 4. GGH 是造成 FGD 系统事故停机的主要设备,运行维护成本高。 5. 石灰石—石膏湿法脱硫工艺中不设置 GGH,其经济效益十分显著。 总之,根据大量的文献资料以及实践证明,GGH 弊大于利,不仅不能解决脱硫后烟气中有害成分 对环境的总体污染问题,而且是影响脱硫系统安全、稳定运行的重要因素之一。因此,笔者认为,取 消 GGH 不仅是可行的,而且是必然的。无论是作为投资方还是作为最终的用户,无论是从投资角度 还是从今后系统安全稳定运行的角度,我们都应该积极呼吁:在满足国家环保方面有关火电厂烟气排 放标准的法律法规规定的前提下,WFGD 系统的配置应该充分考虑用户的建议,有关部门不应强行规 定。

参考文献:
[1] 张华. 湿法烟气脱硫系统中 GGH 对污染物扩散影响初探[J]. 电力环境保护,2005,21(2) :1-3. [2] 许正涛. 湿法烟气脱硫系统中不设 GGH 的经济性及对环境影响的分析[J]. 电力环境保护,2005,21(2) :57-59. [3] 赵鹏高. 湿法烟气脱硫工艺是否安装烟气换热器问题探讨[J]. 电力环境保护, 2005,21(4) :19-21.

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