湿法烟气脱硫主要设备-烟气加热器选择.doc

600MW机组湿法烟气脱硫工艺烟气加热器设置与选择丛东升1，孙丰1，龙辉1 （ 1.东北电力设计院，吉林 长春130021）摘要：针对600MW机组湿式石灰石-石膏法烟气脱硫主要设备烟气加热器的设置与型式选择，对设置与取消烟气加热系统的利与弊进行了技术经济比较，对烟气加热器的选型也进行了分析。结论是600MW机组湿法烟气脱硫应设置与取消烟气加热器都是可行的，但应首选设置烟气加热器方案，设置烟气加热器，应首选回转式气-气再热器加热。 关键词： 湿法脱硫 烟气加热器 选择烟气加热器是湿式石灰石-石膏法烟气脱硫的主要设备。由于其设置提高了脱硫后烟气温度,改善了脱硫装置后烟道及烟囱的工作环境及大气环境，因而使其具有对环境十分有利的一面，但同时由于其结构复杂，又带来投资、造价和运行费用的提高，因而是否应设置烟气加热器成为近期新上湿法烟气脱硫装置讨论的重点。本文根据湿法烟气脱硫的工艺特点，对600MW机组湿法烟气脱硫装置是否应设置烟气加热器利与弊进行了分析，同时对烟气加热器选型也进行了研究。1 600MW机组湿法脱硫烟气加热器设置1.1 600MW机组湿法烟气脱硫装置烟气加热器设置与应用根据湿法烟气脱硫工艺系统要求，脱硫烟气系统采用增压风机设在吸收塔上游的方案，根据每套机组烟气量较大的特点，每套脱硫装置采用2台增压风机。如设置烟气加热器，为1台100%容量的烟气加热器与2台增压风机相对应，并设置在脱硫增压风机之后。烟气加热器的工作原理为：湿法脱硫装置吸收塔出口处烟气经过烟气加热器，烟温从50左右升至80以上，然后排入烟囱。在脱硫系统出现故障时，旁路烟道开通，烟气直接进入烟囱，为吸风机出口烟温。根据掌握的国内外火电厂湿法烟气脱硫装置资料。烟气加热器在国内已安装的近30个湿法脱硫装置上得到应用。在国外占安装湿法烟气脱硫装置的85%以上。2 湿法烟气脱硫不设烟气加热器的特点及在工程中的应用2.1 湿法烟气脱硫不设烟气加热器时烟气特点当湿法烟气脱硫工艺不设烟气加热器时，其工作原理为：吸收塔后净烟气直接进入烟囱，烟温4951。在脱硫系统出现故障时，旁路烟道开通，烟气直接进入烟囱，为吸风机出口烟温。烟气特点：烟气中主要含有腐蚀性的化学介质，包括：a.含饱和水蒸汽的净烟气，主要成分为水蒸汽、二氧化硫、三氧化硫。b.PH值在1-2之间的含酸和盐的水溶液。由于低温下含饱和水蒸汽的净烟气容易产生冷凝酸，含硫气体特别容易冷凝成腐蚀性的酸液（硫酸、亚硫酸）。2.2 湿法脱硫不设烟气加热器在工程中的应用根据掌握的资料，在国际上设计较多湿法烟气脱硫装置的日本三菱公司没有不设烟气加热器的实例，日本川崎公司也没有不设烟气加热器的实例，德国斯坦米勒公司、比肖夫公司设计的烟气脱硫装置大部分不设烟气加热器，美国公司设计的湿法脱硫装置有较多不设烟气加热器设计的实例。经了解，日本公司设计标准一般均设烟气加热器主要和日本标准要求有关。而美国火电厂脱硫不设烟气加热器时，一般都采用在烟囱内设置一种衬高温熔化耐腐蚀砖（宾高得砖）方案。2.3 湿法烟气脱硫不设烟气加热器的防腐措施如果湿法烟气脱硫装置不设烟气加热器，吸收塔后烟道及烟囱需要考虑防腐措施。吸收塔后烟道一般采用衬玻璃鳞片方案。不设烟气加热器的烟囱内部防腐，目前世界上基本有4种方案：内表面喷玻璃鳞片涂层、衬钛合金钢板、衬镍基合金钢板和衬宾高得耐酸转方案。下表1列出了四种材料的防腐方案的技术经济比较表。表1 四种材料的防腐方案的技术经济比较表项 目衬玻璃鳞片方案宾高得耐酸砖方案衬钛合金钢板方案衬镍基合金钢板方案投资约1300万元1400万元3500万元约2000万元使用寿命1015年30年主体30年以上主体30年以上（据厂家介绍），工作条件很难抗恶劣条件能抗恶劣条件很难抗恶劣条件很难抗恶劣条件内衬厚度1.6mm38mm1.2 mm1mm耐温180没有限制没有限制没有限制维护工作量大,需要大量的维护，出现问题时间较多，维护施工难度大，并且可能在任何高度。国外有大量运行业绩,基本不需要维护。需要一定的维护。需要一定的维护。施工难度四种方案相当四种方案相当四种方案相当四种方案相当综合技术经济比较一般好较好较好根据表中的比较，可以得出结论如下：a.4种烟囱内衬防腐材料方案中，以衬玻璃鳞片和宾高得耐酸砖内衬价格投资最低，并且宾高得耐酸砖方案使用年限最长；b.由于烟囱内主要硫酸水滴与烟囱内衬接触,使得其工作环境非常恶劣。这就要求防腐材料抗恶劣工作条件最好，当使用合金钢板时，制造厂认为采用镍基合金或其他烟囱内衬可使用30年，但由于钛合金内衬烟囱方案在国内应用及运行时间较短（现福建漳州电厂采用衬钛合金内衬烟囱，时间为2年，国外没有用在烟囱内衬的业绩，只有用在净烟气烟道内衬和内撑、风门包敷的业绩），我们认为镍基或钛合金钢板同样也是有腐蚀的，按年腐蚀量在0.08mm考虑，1mm厚钢板在十几年左右也会出现腐蚀破坏情况。并且镍基或钛合金钢板焊接十分困难，一般在240m高度焊接容易出现焊接缺陷。而焊缝处最容易出现腐蚀问题。在烟囱的任何位置由于施工安装等原因出现一定的腐蚀或点蚀损坏都是不容易被及早发现并且容易出现问题。同时还存在由于烟囱内衬出现破坏进而对外烟囱直接腐蚀的风险问题。而衬玻璃鳞片风险更大，施工不好或运行出现问题时会出现成片脱落现象。鉴于以上分析结果，如果采用不设烟气加热器方案，就应考虑衬宾高得砖方案。宾高得耐酸转是美国进口的一种材料，在美国、北美、韩国等地电厂多次应用，该方案投资省，运行安全，并且其施工十分方便，与建筑砌砖十分相似。能够保障投运后长期可靠运行，故本工程推荐它作为与设置烟气加热器进行技术经济比较的方案。3 600MW机组湿法脱硫设置与取消烟气加热器的方案比较600MW机组设置与取消烟气加热器方案的主要技术比较见表2。表2 设置与取消烟气加热器方案的主要技术经济比较(2台炉)项 目设置烟气加热器方案不设烟气加热器方案（宾高得砖烟囱内衬）备 注一投资费用比较1厂用电率高，比不设烟气加热器方案增加厂用电率约0.18%。低2水量低高,冲洗水增加70t/h3烟气泄漏率0.5%04布置布置较复杂布置简单5烟道长度为不设烟气加热器的一倍6工作环境及耐腐蚀能力好好好7业绩多在美国有较多业绩8运行可靠性好好9维护方便基本不需维护二投资比较1烟气加热器投资费+3000万元基础价格采用进口转子及换热密封元件。2采用宾高得耐酸转内衬烟囱基础价格+1400万元3脱硫烟道及烟气加热器支架投资+1000万元基础价格4吸收塔入口喷雾降温系统（包括喷嘴及喷嘴管道）基础价格260万元采用合金钢喷嘴。烟气加热器入口需要衬合金（2.4605）三年运行维护费用比较1设烟气加热器引起的年厂用电增加+153万元基础价格2水耗基础价格+5.5万元吸收塔入口喷雾降温系统用工业水增加70t/h。3年维护费用+8万元基础价格烟气加热器方案为4年大修期换陶瓷换热片及不锈钢换热元件。由以上比较可以得出以下结论：1.设置烟气加热器方案有厂用电率增加、烟气泄漏量增加，并且布置较复杂，烟道长度增加等不利因素，但有运行业绩多，耐腐蚀性好，容易维护、运行可靠性好等特点。不设烟气加热器方案具有厂用电率低、布置简单等特点。2.设置烟气加热器方案比不设烟气加热器方案总投资增加2340万元左右，年运行维护费用比不设烟气加热器增加155.5万元左右。显然不设烟气加热器可节省大量投资及年运行费用，在经济上是可行的。但鉴于以下2个方面原因，我们认为设置烟气加热器方案应该是湿法烟气脱硫工艺的首选方案：a.欧洲标准要求烟囱出口排烟温度要求大于等于730C,美国新的大气污染排放法也要求烟囱出口烟气温度不小于700 C,我国虽然还没有这方面的标准，但在不久的将来也将提出烟囱排放烟气温度方面的标准。b.设置烟气加热器方案，在国内运行业绩较多，不设烟气加热器方案的吸收塔后区域(主要是吸收塔后烟道)长期在较低烟气温度下工作,形成大量的硫酸水滴，对防腐内衬同样有一定的腐蚀破坏性。4 600MW机组湿法烟气脱硫烟气加热器的主要型式及选择4.1 湿法脱硫烟气加热器的主要型式及特点分析国内现接触较多的湿法烟气脱硫烟气加热器主要有3种型式：回转式气-气加热器、多管式热媒强制循环式烟气加热器和多管式蒸汽热交换式烟气加热器。烟气加热器后温度一般高于80以上。3种烟气加热器根据加热方式和原理不同，又各有各的特点。其原理和特点列表3如下：表3 3种烟气加热器的工作原理及特点汇总表加热方式气-气加热气-气加热 蒸汽加热烟气1.加热方式及原理回转式气-气加热器：由使蓄热传热部分旋转由高温侧烟气对低温侧烟气加热，因是回转式，高温和低温部分都有漏风。多管式热媒强制循环式加热器：强制使管内热媒循环，在高温及低温侧各自进行排烟的热回收再加热。多管式蒸汽热交换式加热器：利用蒸汽对烟气进行加热。2.特点1)漏风量0.5%，占地面积大，维护量大，投资大.必需提高脱硫率和除尘效率；2）本体结构紧凑；3）在传热面为防腐蚀涂上搪瓷；4）气体通道随着回转。5）根据气体条件决定温度。1）无泄漏型；2）由排烟温度选定材质；3）没有温度及干、湿的反复变换，因此不易堵塞；4）由控制流向热媒加热器的蒸汽量及热昧流量来控制温度。1）同左；2）同左；3）同左；4）由蒸汽量来控制温度。经过分析比较结论如下：a. 多管式蒸汽热交换式加热器消耗蒸汽量较大，经济性差。目前国内唯一采用蒸汽加热烟气的是重庆电厂湿法烟气脱硫装置，脱硫后的烟气采用蒸汽加热方式，蒸汽取自6段抽汽及辅汽联箱，结果使加热辅汽量达35.3t/h（蒸汽参数：压力0.26MPa，温度257/300），每天将用几百t蒸汽加热烟气，大大降低了电厂经济性。b. 多管式热媒强制循环式加热器 ：日本三菱公司采用该型烟气加热器。它是一种借助热媒水介质循环吸热与加热的热交换器，其流程原理与构造图如下图1。图1 三菱公司设计的无泄漏再热系统流程及构造图三菱公司在华能珞璜电厂一期、二期采用了该多管式热媒强制循环式加热器，并把其与多管式蒸汽热交换式加热器进行了比较，比较结果为：采用多管式热媒强制循环式加热器尽管一次性投资较多，但运行费用低，运行时间越长，经济性越好，并认为该加热器是最佳选择。但该加热器实际运行也存在问题：三菱公司在珞璜一期的设计中脱硫装置入口烟气设计温度为142。但由于珞璜一期锅炉部分由ALSTOM公司设计，实际运行未在设计温度点，而在160以上，温度偏差较大，对三菱脱硫装置有较大影响。同时进入脱硫系统的烟气中SO3含量比设计值（310-6810-6）增大许多倍，大量SO3（气态）在气气换热器鳍片管束的表面结露，形成硫酸，不仅加剧了管束的酸性腐蚀，也缩短了使用寿命。因此该型加热器也有缺点，对温度变化区间较敏感，湿法烟气脱硫装置在选该型式加热器时应特别注意锅炉排烟温度变化范围。c.回转式气-气再热器与回转式空气预热器工作原理相同。但采用烟气加热烟气，该再热器换热系统比较简单，烟气泄漏率为0.5%左右。回转式气-气加热器的优点是其对烟气的适应能力强，改善吸收塔后烟道及烟囱的工作环境，具有布置较方便、使用业绩较多、运行和维护方便等特点，特别是近年来随着材料技术的不断发展，回转式烟气加热器主要材料也有多种变化，使其部件寿命大幅度提高，如：传热元件由表面涂双层耐热搪瓷的薄钢板制成，使用寿命不低于50000小时。扇形板和轴向密封板用耐硫酸腐蚀材料包覆。转子热端径向密封片及旁路密封片，采用考顿钢材料。转子冷端径向密封片采用特富龙材料，冷端转子旁路密封片采用高镍基合金材料等，所以可以认为回转式烟气加热器是目前国内600MW机组湿法烟气脱硫装置首选烟气加热器。 通过以上的分析比较结果，烟气加热器应优先选择回转式烟气加热器、其次在锅炉排烟温度较稳定的条件下选择多管式热媒强制循环式加热器，不应选择蒸汽加热器。5 结论 在进行600MW机组湿式石灰石-石膏法烟气脱硫装置设计时，在方案合理的情况下，设置烟气加热器方