氟塑料管式MGGH 系统在湿烟羽治理过程中的应用

王金刚

北京新世翼节能环保科技股份有限公司 北京 100070

0 绪论

众所周知工业企业废气不能直接排放到大气中,为有效去除锅炉排放烟气中的硫氧化物,需加装脱硫设备。据统计国内机组绝大多数企业选用的湿法脱硫工艺,此工艺处理后的烟气温度普遍在45～60℃之间,烟气处于半饱和或者饱和态。

饱和态烟气与空气混合后温度降低,会有大量冷凝水析出,析出的液滴对周边环境产生不利影响,因此企业多会选择加装换热器提升烟气温度以提高烟气扩散范围,早期项目通常做法是加装金属材质GGH,利用脱硫前的高温烟气加热脱硫后的低温烟气。常规烟气GGH 金属传热元件在运行过程中经常堵塞、腐蚀冲刷现象[2],降低了脱硫系统的运行可靠性,而且几乎每年都要更换传热元件,检修维护费用很高。通GGH 的设计泄漏率约增加1%,会造成脱硫效率下降约1%。因此在设置常规的GGH 装置后,难以实现较高的小于35mg/Nm3的SO2排放目标。

由于以上问题的存在,国内外有已有众多电厂拆除GGH 换热器[3],或者采用氟塑料换热器替代原回转式GGH,本文结合国内某电厂600 MW 燃煤机组脱硫提效改造过程,详解氟塑料MGGH：水媒式烟气换热器系统。

1 有色烟羽形成机制

“有色烟羽”主要指工业企业废气治理设施采用湿法脱硫(常见有石灰石/石灰-石膏法、氨法、镁法、双碱法)、脱硝等净化工艺时,脱硫塔出口的湿烟气经过烟囱排放到大气中,因环境温度较低,烟气温度较高,烟气预冷会迅速冷却,烟气中的水分发生气液转变形成雾滴,液态水滴因阳光散射、观察角度等因素会产生颜色改变,这一现象成为“有色烟羽”,具体可呈现蓝、灰、白等颜色。

根据空气的物理特性,一定量的空气在相同温度、压力下容纳水蒸气的能力是定值即饱和比湿。图1中的曲线BDC即是不同温度下的饱和比湿连线。当外部环境所容纳的水蒸气超过该温度下的极限时,多余的水蒸气就会在环境大气中析出,凝结成液态小水滴,形成肉眼看到的“白烟”(处于图1中的饱和比湿线左侧的区域)。

图1 原烟气降温特性曲线

如图1所示。假定脱硫塔出口的烟气状态位于A 点(临近饱和态),此时对应的环境温度的状态点位于O 点。如果烟气不经过处理直接排放,烟气会沿着AB曲线降温,达到B 点后烟气状态处于饱和态,此后湿烟气与环境大气的混合降温,由于烟气处于饱和态温度降低就意味着有水滴析出,形成所谓的烟囱“白烟”。对于采用石灰石-石膏法脱硫的项目,冷凝水中夹带着部分石膏颗粒,石膏会随着液滴飘落到地面上,形成白色斑点状的“石膏雨”,不仅仅会造成视觉污染,也会对周围环境产生破坏。

2 有色烟羽治理工艺

根据有色烟羽生成机制,如要实现烟羽治理,需要保证排放后烟气与大气混合后不发生气态向液态的相变,通常我们选择烟气加热工艺来实现这一目的。

烟气加热技术是通过引入热介质,加热脱硫塔出口的饱和烟气,烟温升高后由于总的含水量没有增加,烟气可以由饱和态向不饱和态转变,如图2烟气状态由A点加热后变到B点,此状态的烟气排放到大气中,烟气按照BO线变化,降温曲线始终处在不饱和区,从而规避了有色烟羽的产生。

图2 加热后烟气降温特性曲线

3 MGGH 工艺系统设计

3.1 工艺流程 本文结合国内某电厂600 MW 燃煤机组脱硫提效改造过程为例,该项目一期安装了两台600 MW 抽汽凝汽机组,两台机组均采用石灰石/石膏湿法脱硫工艺。烟气换热金属GGH 换热器,系统投运后换热器腐蚀泄露明显,每年均需投入大量资金维护换热器以保证系统正常运转。

具体布置方式为脱硫塔入口水平烟道上设置1套烟气冷却器,将烟气由133℃冷却至98℃,烟气放出的热量用于加热循环热媒水,热媒水进入到脱硫塔后的烟气再热器,烟气温度由50℃升到80℃后排放大气中,高温热媒水放热降温后由循环泵驱动回至烟气冷却器进行下一个换热过程。加热后的80℃烟气相对加热前的50℃烟气,烟气含水量没有变化,烟气温度升高后携带水能力增强,故烟气状态由饱和态向不饱和态转变。

经过升温烟气的排放后不发生气液相变,从原理上可以消除有色烟羽、石膏雨现象。

3.2 工艺系统流程简图

3.3 工艺设计参数

3.3.1 烟气冷却器参数 该烟气量约2229894 Nm3/h(干标态),烟气入口烟温133℃,烟气出口烟温98℃,换热量123GJ/h。换热器入口水温75℃,出口水温106℃,水量1000吨/h。核算换热面积26000 m2,需要10个换热器模块。烟气侧阻力约650Pa,水侧阻力约110 KPa。

3.3.2 烟气加热器参数 烟气量约2161842Nm3/h(干标态),烟气入口烟温50℃,烟气出口烟温80℃,换热量123GJ/h。换热器入口水温105℃,出口水温76℃,水量1000吨/h。核算换热面积26000 m2,需要10个换热器模块。烟气侧阻力约450Pa,水侧阻力约110KPa。

3.4 实际运行结果 经过第三方权威机构测试,MGGH 系统各项运行参数优于设计参数,系统阻力500Pa,远低于设计保证值。满负荷工况下烟气加热器进口温度51℃,出口温度84.4℃,消除了“有色烟羽、石膏雨”现象。

4 氟塑料管热管壁厚选取原则

同一种材质的换热管,为了保证强度,管径越大所需要的壁厚也应该越大,否则换热管存在爆管风险。通常可以用环向应力值来评估管道是否安全。

环向应力计算公式：

按照《GB/T 6111-2003流体输送用热塑料管材耐压试验方法》中给出的公式校核出来的环向应力值(S运行*2＜＝4.5 MPa),以此计算安全的管道规格为8x0.8 mm、10x1 mm,即管道外径不大于10倍的管道壁厚。

5 总结

MGGH 系统安装完毕经调试试运行后,各项技术参数均满足设计需求;烟气再热器的出口烟气温度大于80℃;冷却器和再热器的阻力小于500Pa;MGGH 系统投入运行,减缓了烟囱的腐蚀,提高了烟温排放,彻底解决了“有色烟羽、石膏雨”现象,更好的改善了周边的环境。