火力发电厂脱硫系统取消旁路烟道事故降温余热利用石膏雨治理成套(2)

火力发电厂脱硫系统取消旁路烟道事故降温余热利用石膏雨治理成套装置可行性研究报告

上图是低温省煤器的系统连接示意。通常从某个低压加热器引出部分或全部冷凝水，送往锅炉尾部的低温省煤器。凝结水在低温省煤器内吸收排烟热量，降低排烟温度，而自身却被加热、升高温度后再返回低压加热器系统。这样的低温省煤器，其系统串联在加热器回路之中，代替部分低压加热器的作用，是汽轮机热系统的一个组成部分。这是低压省煤器的最大特点，也是它不同于一般省煤器和回收排烟热量的余热锅炉之处。低温省煤器将排挤部分汽轮机的回热抽汽，在汽轮机进汽量不变的情况下，该排挤抽汽将从抽汽口返回汽轮机继续膨胀做功。 本技术是将传统的低温省煤器技术应用于烟气脱硫系统的延伸，它既保留了低温省煤器的部分特质，同时又对传统低温省煤器系统进行了很大的改进，将本技术应用于脱硫系统后，不但能大大提高机组的经济性，还能将脱硫吸收塔内的工业水使用量降低40％以上。该技术推广后，将大大提高火电厂加装脱硫系统的积极性，带来显著的经济、社会、环境效益。

第四章 同技术领域国内外发展现状

4.1 传统低温省煤器的应用

锅炉排烟设计温度一般为125℃左右，但由于受燃料特性改变及运行环境变化，锅炉实际运行排烟温度也将会改变。虽然加装低温省煤器后烟气阻力有所上升，但是烟气阻力的耗电量还不到节约成本的10%，因此低温省煤器能有效的提高锅炉效率、节约能源，减少生产成本，具有较好的应用背景。目前在国内已有不少电厂进行了低温省煤器的安装和改造工作。

以山东某发电厂为例，电厂两台容量100MW发电机组所配锅炉是武汉锅炉厂设计制造的 WGZ410/100-10型燃煤锅炉，由于燃用煤种含硫量较高，且锅炉尾部受热面积灰、腐蚀和漏风严重，锅炉排烟温度高达170℃，为了降低排烟温度，提高机组的运行经济性，在尾部加装了低温省煤器。低温省煤器系统布置图如下：

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山东某电厂低压省煤器系统连接图

该电厂在投用了此低温省煤器后，锅炉效率提高了0.698%，发电煤耗下降了2.59克／度，全年节约标准煤3626吨。经济效益明显。

通辽发电总厂的一台哈尔滨锅炉厂生产的HG一670 / 140一HM12型超高压自然循环煤粉炉和吉林晖春发电厂一台 41Ot / h 燃煤锅炉煤粉锅炉都进行过低温省煤器的改造，改造后锅炉排烟温度明显降低，显著提高了全厂热经济性指标，达到节煤、降耗的目的。在国外，此类用以回收烟气热量烟气冷却器同样较早就得到了应用。起先，苏联为了减少排烟损失而改装锅炉机组时，在锅炉对流竖井的下部装设低温省煤器供加热热网水之用。对于近期发展起来的超超临界发电机组而言，同样也能找到此类换热器的痕迹，德国 Schwarze PumPe 电厂2×

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800MW褐煤发电机组在静电除尘器后加装了烟气冷却器，利用烟气加热锅炉给水，其原理同低温省煤器一致。德国科隆 Nideraussem1000MW级褐煤发电机组采用分隔烟道系统充分降低排烟温度，把低温省煤器加装在空气预热器的旁通烟道中，在烟气热量足够的前提下引入部分烟气到旁通烟道内加热锅炉给水。

低温省煤器尽管在国内和国外己经有运用业绩，但上述的例子中我们不难发现，加装前锅炉排烟温度较高（均达到170℃左右），而加装后排烟温度仍处于较高的温度（我们认为主要受制于煤的含硫量较高，另外受材料性价比的约束），因此，设计难度和对管材的要求都不高。根据工程实际情况：锅炉设计排烟温度不可能很高（只有125℃左右），已接近于烟气露点温度，管壁的温度更加是远在露点温度以下，在这种工作环境下进行烟气热量回收的难度不可同言而语，因此我们必须解决重点管材的低温腐蚀和堵灰问题。 4.2 烟气露点温度计算

煤中硫在燃烧过程中产生SO2，当含有SO2的烟气进入烟道时，其中一部分会转化成 SO3，并与烟气中的水蒸汽结合生成 H2SO4蒸汽，显著提高烟气的露点温度，在低温金属表面上凝结形成 H2SO4溶液，与碱性灰反应，也与金属反应，腐蚀金属。由于经常发生在锅炉的低温受热面上，故称低温腐蚀。凝结在管壁上的硫酸不仅使金属管材发生腐蚀，还会粘附烟气中的飞灰，并发生一系列复杂的物理―化学反应，形成“水泥状”物质，使管壁上的积灰变硬，从而加重钢管受热面的积灰和堵灰。同时壳体的腐蚀会造成破损与漏水，从而使烟气温度进一步降低，腐蚀进一步加剧，造成恶性循环，缩短设备的使用寿命。为了有效地防止低温腐蚀的发生，以确定锅炉低温受热面的壁温和锅炉的运行条件，必须计算出硫酸蒸汽的酸露点温度。

目前见之于国内常用的酸露点计算公式和图表有十几种之多，本技术针对几种常用的计算公式对锅炉的设计煤种进行烟气的酸露点计算。

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由上表可知，采用不同的酸露点计算公式，所得出的结果相差很大。一般来说，对于含硫量在0.5-0.6 左右的煤种，烟气的酸露点温度在90℃-120℃之间，而准确的数值则应该通过实验测量所得。 4.3 有限腐蚀的低温省煤器系统

一般来说，只要保证低温受热面金属壁温度高出烟气露点温度10℃左右，就能避免产生低温腐蚀，堵灰也将得到改善。根据这个原理，在热力系统上选择一个比烟气露点温度高10℃左右的地点，作为低压省煤器进水的水源引出点。由于低温省煤器水侧放热系数远较烟气侧大，因而其冷端金属壁温近似等于进口水温。所以，选择低温省煤器的最低壁温超过烟气露点温度10℃左右，从而达到防止低温省煤器腐蚀和堵灰的目的。这种热力防腐方法的优点是防腐效果较佳，缺点是排烟余热充分利用存有困难。因为，低温省煤器进水温度己达到烟气露点温度，再加上省煤器冷端传热端差30-40℃，结果就使低温省煤器出口烟温较高，影响排烟余热利用的程度，限制了低温省煤器的应用范围。

为了克服这些缺点，可以采用有限腐蚀速率的低温省煤器系统。如下图所示：顺着烟气的流向，当受热面壁温达到露点时，硫酸蒸汽开始凝结，此时虽壁温较高，但凝结酸量较少，且酸浓度亦高，故腐蚀速度较低。随着壁温降低，硫酸凝结量逐渐增多，浓度却降低，腐蚀速度不断加大，一般到壁温在120℃左右时，腐蚀速度最大，随着壁温继续降低，凝结酸量减少，硫酸浓度也降至较弱腐蚀浓度区，此时腐蚀速度减小，但当壁温降至水露点时，管壁上的凝结水膜会同烟气中的SO2化合，生成 H2SO3，产生强烈的腐蚀，腐蚀又加重。因此在低温腐蚀的情况下，金属有两个严重腐蚀区，即在酸露点以下20-45℃及水露点以下的区域，为防止锅炉受热面产生严重腐蚀，必须避开这两个严重腐蚀区，将省煤器的防腐移向两个严重腐蚀区域中间的低腐蚀区域。就是说把低温省煤器置于壁温小于105℃，但高出烟气中水蒸汽饱和温度25℃ 区间（前苏联标准推荐的金属壁温最小值，与欧美的推荐值接近）。金属壁温在这个区间的腐蚀速度≦0.2毫米／年，这是可以接受的腐蚀速度。欲保持低温省煤器的金属壁温在此有限腐蚀区域，所需的省煤器进水温度和返回热系统的回水温度，在各机组的热力系统中都能找到，很容易实现，系统。一种很有前途的低温省煤器系统。

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