CN102095205A - 一种基于烟气冷却的除尘脱硫增效综合节能减排装置 - Google Patents

一种基于烟气冷却的除尘脱硫增效综合节能减排装置 Download PDF

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张知翔
姜衍更
王云刚
成丁南
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Abstract

一种基于烟气冷却的除尘脱硫增效综合节能减排装置，采用以烟气冷却为核心的节能脱硫除尘增效综合治理技术，具有投资小，结构简单，效果明显，运行稳定的特点，完成节能增效、脱硫增效、除尘增效、引风机和增压风机优化的系统改造，实现综合治理一体化的节能减排的目的。

Description

一种基于烟气冷却的除尘脱硫增效综合节能减排装置
技术领域
本发明属于电站锅炉技术领域，具体涉及一种基于烟气冷却的除尘脱硫增效综合节能减排装置。
背景技术
近几年我国原煤产量年均30.5亿吨左右，发电原煤15.6亿吨，以燃煤为主的火力发电量仍占全部发电量的80％以上。对于火力发电厂来说，排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，一般在5％～8％，占锅炉总热损失的80％或更高。影响排烟热损失的主要因素是锅炉排烟温度，我国许多电站锅炉的排烟温度实际运行值都高于设计值约20～50℃，达到130～150℃，大幅度降低排烟温度将极大地提高电站锅炉的经济性。经过实际计算发现：排烟温度降低35℃左右，系统发电循环效率提高0.5％以上，每度电节约1.5克标准煤以上，具有明显的节能减排潜力。
如上所述，一方面排烟温度过高将会带来严重的能源浪费，一般情况下，排烟温度每升高10℃，排烟热损失增加0.6％～1.0％。以往降低排烟温度的方法主要有改造省煤器、改造空气预热器、增加低压省煤器等。但是由于低温烟气中含有酸性气体，结露后腐蚀严重，烟气中的飞灰与结露的硫酸混合在一起，以比干灰高得多的黏附力粘附在受热面上，使得目前常规清灰装置不能将其有效地清除，导致常规方法只能将烟温降到120℃左右，节能效果有限。
而另一方面，我国污染物控制标准规定2004年1月1日起新建燃煤电厂执行50mg/m3粉尘排放标准，随着环保要求的不断升级，火电厂将执行更加严格的30mg/m3粉尘排放标准。静电除尘器的使用率在美国达到80％，欧盟85％，日本99％，中国大于90％，因此静电除尘器的实际运行效率是能否粉尘排放达标的关键。具体来讲，我国煤种多变，煤中含灰量大、灰中Si2O+Al2O3含量高、碱金属含量低、含硫量低，导致飞灰比电阻超过临界值，静电除尘器的实际运行工况偏离设计工况，严重降低了除尘的效率。据统计，静电除尘器能达到50mg/m3粉尘排放标准的占63.6％；能达到30mg/m3粉尘排放标准的占21.8％，如果执行30mg/m3粉尘排放标准，绝大多数在役静电除尘器将面临改造。目前主要的改造方案有：增加静电除尘器的电场数和尺寸、采用旋转电极技术、采用烟气调质技术、改用布袋除尘器和使用电袋合一技术等，传统改造方法虽然效果显著，但是改造费用、运行费用、维修费用等都非常高。据国外研究表明，烟气温度从150℃降到130℃，静电除尘器的效率提高0.07％～1.82％(效率提高值根据煤种的不同而不同)；烟气温度从150℃降到120℃，静电除尘器效率提高0.18％～3.48％；烟气温度从150℃降到100℃，静电除尘器效率提高0.23％～6.38％，因此从这个角度也能说明降低烟气温度可以大幅提高静电除尘器的效率。
加上脱硫系统已应用十分广泛，新建机组普遍不安装烟气换热器GGH，已安装烟气换热器GGH的机组，由于烟气换热器GGH运行可靠性较差，属于高耗能、高造价、低可靠性的系统，都有意将其拆除。取消烟气换热器GGH的普遍做法提高了进入脱硫塔的烟气温度，降低了脱硫塔进口区域的脱硫效率；若要保持脱硫效率不变，势必增加喷水减温，使烟温降低到适于脱硫的85℃左右，这样将会增加大量的工艺冷却水量，造成水资源浪费。
2009年6月，国家环保部与质检总局出台了《火电厂大气污染排放标准》(征求意见稿)，规定到2015年起，重点地区火电机组都应安装脱销系统，且执行200mg/m3的NOX排放标准，其他地区的火电机组执行400mg/m3的排放标准。因此很多在役机组将会加装脱销系统，由于脱硝系统阻力较大，使得引风机与增压风机的工作点发生较大变化，也同样需要改造。
随着环保要求的不断提升，新建机组已不设脱硫系统旁通烟道，在役机组的旁通烟道也将被取消，旁通烟道与GGH的取消将导致增压风机失去存在的意义。如果仍然采用增压风机与引风机单独布置的格局，将会浪费大量空间、增加不必要的初投资、容易引起增压风机与引风机工作点的不同步导致的风机效率下降。
综上所述，火电厂尾部烟道脱硫、脱硝、除尘和增压风机、引风机在节能增效的改造中存在一系列的问题，急需一种实施效果显著、费用低的新型系统来综合解决上述的所有问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于烟气冷却的除尘脱硫增效综合节能减排装置，采用以烟气冷却为核心的节能脱硫除尘增效综合设备，具有投资小，结构简单，效果明显，运行稳定的特点，完成节能增效、脱硫增效、除尘增效、引风机和增压风机优化的系统改造，实现综合治理一体化的节能减排。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于烟气冷却的除尘脱硫增效综合节能减排装置，包括脱硝系统2，脱硝系统2的烟气输入端与锅炉1的烟气出口相连接，沿着烟气流动方向，脱硝系统2的脱硝烟气输出端与空气预热器3的脱硝烟气输入端相连接，空气预热器3的预热烟气输出端和带有第一换热管12的前烟气冷却器4的预热烟气输入端相连接，该前烟气冷却器4的前冷却烟气输出端与静电除尘器5的前冷却烟气输入端相连接，静电除尘器5的除尘烟气输出端和风机6的除尘烟气输入端相连接，风机6的尾部烟气输出端与带有第二换热管13的后烟气冷却器7的尾部烟气输入端相连接，后烟气冷却器7的后冷却烟气输出端和脱硫塔8的后冷却烟气输入端相连接，脱硫塔8的脱硫烟气输出端和烟囱9的脱硫烟气输入端相连接；而在凝结水流动方向上，后烟气冷却器7的N级凝结水输入端与N级低压加热器10的N级凝结水输出端相连，后烟气冷却器7的后凝结水输出端与前烟气冷却器4的后凝结水输入端相连，前烟气冷却器4的前凝结水输出端与N-1级低压加热器11的前凝结水输入端相连接，其中N代表凝结水输入级别，为大于等于1的自然数。
所述的风机6的数量为1台。
所述的后烟气冷却器7的底部为向下倾斜面。
所述的烟囱9为湿烟囱。
所述的前烟气冷却器4内的第一换热管12为H型鳍片管或针翅管，且该第一换热管12材料为碳钢，另外该前烟气冷却器4上还设置吹灰装置14。
所述的后烟气冷却器7内的第二换热管13为螺旋翅片管，且该第二换热管13材料为ND钢。
通过采用基于烟气冷却的除尘脱硫节能装置，具有投资小，结构简单，效果明显，运行稳定的特点，完成节能增效、脱硫增效、除尘增效、引风机和增压风机优化的系统改造，实现综合治理一体化的节能减排。
附图说明
图1是本发明的系统示意图，其中实线箭头代表烟气流动方向，虚线箭头代表凝结水流动方向。
图2是本发明的H型鳍片管的剖视图，其中图2(a)代表H型鳍片管的侧剖视图，图2(b)代表H型鳍片管的主剖视图。
图3是本发明的针翅管的剖视图，其中图3(a)代表针翅管的侧剖视图，图3(b)代表针翅管的主剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的说明。
如图1所示，基于烟气冷却的除尘脱硫增效综合节能减排装置，包括脱硝系统2，脱硝系统2的烟气输入端与锅炉1的烟气出口相连接，沿着烟气流动方向，脱硝系统2的脱硝烟气输出端与空气预热器3的脱硝烟气输入端相连接，空气预热器3的预热烟气输出端和带有第一换热管12的前烟气冷却器4的预热烟气输入端相连接，该前烟气冷却器4的前冷却烟气输出端与静电除尘器5的前冷却烟气输入端相连接，静电除尘器5的除尘烟气输出端和风机6的除尘烟气输入端相连接，风机6的尾部烟气输出端与带有第二换热管13的后烟气冷却器7的尾部烟气输入端相连接，后烟气冷却器7的后冷却烟气输出端和脱硫塔8的后冷却烟气输入端相连接，脱硫塔8的脱硫烟气输出端和烟囱9的脱硫烟气输入端相连接；而在凝结水流动方向上，后烟气冷却器7的N级凝结水输入端与N级低压加热器10的N级凝结水输出端相连，后烟气冷却器7的后凝结水输出端与前烟气冷却器4的后凝结水输入端相连，前烟气冷却器4的前凝结水输出端与N-1级低压加热器11的前凝结水输入端相连接，其中N代表凝结水输入级别，为大于等于1的自然数。所述的风机6的数量为1台。所述的后烟气冷却器7的底部为向下倾斜面。所述的烟囱9为湿烟囱。所如图2和图3所示，述的前烟气冷却器4内的第一换热管12为H型鳍片管或针翅管，且该第一换热管12材料为碳钢，另外该前烟气冷却器4上还设置吹灰装置14。所述的后烟气冷却器7内的第二换热管13为螺旋翅片管，且该第二换热管13材料为ND钢。
本发明的工作原理为：沿着烟气流动方向，烟气由锅炉1的烟气出口经过脱硝系统2脱硝后，将脱硝烟气送入空气预热器3，将脱硝烟气预热之后形成的预热烟气送入前烟气冷却器4；在前烟气冷却器4中通过第一换热管12，预热烟气的温度被降低到酸露点附近，把预热烟气中的硫酸蒸汽冷凝变成酸雾，凝结在灰粒子上，降低了预热烟气中的飞灰的比电阻，从而形成了前冷却烟气，再将前冷却烟气送入静电除尘器5除尘，致使前冷却烟气中的三氧化硫含量、烟气量和含灰量大大降低，并以此降低酸露点形成除尘烟气，随后将此除尘烟气送入风机6，以此形成尾部烟气，随后将尾部烟气送入后烟气冷却器7中通过第二换热管13将尾部烟气温度进一步降低到适合于脱硫的85℃左右，形成后冷却烟气，将后冷却烟气送入脱硫塔8脱硫，脱硫烟气经过烟囱9排入大气；与此同时沿着凝结水流动方向，N级低压加热器10将凝结水依次通过后烟气冷却器7中的第二换热管13和前烟气冷却器4中的第一换热管12，最后将凝结水送入N-1级低压加热器11，以此排挤汽轮机抽汽，增加汽轮机做功功率。
通过采用基于烟气冷却的除尘脱硫节能装置，利用前烟气冷却器4将预热烟气温度降低到酸露点附近，后烟气冷却器7将尾部烟气温度进一步降低到适于脱硫的85℃左右，且两个烟气冷却器所吸收的能量可以用来加热凝结水，排挤汽轮机抽汽，增加汽轮机做功功率，提高机组效率，节约煤耗，减少污染物排放，另外前烟气冷却器4因为将预热烟气温度降低到酸露点附近，还能使预热烟气中的硫酸蒸汽变成酸雾，凝结在飞灰上，降低飞灰的比电阻，提高静电除尘器5的除尘效率，使之满足更加严格的环保要求，在满足环保要求的同时，飞灰吸附大量的三氧化硫，烟气中的三氧化硫含量大大降低，酸露点随之降低；因为烟气冷却器4工作环境比较恶劣，预热烟气中灰分含量高，且温度接近于酸露点，容易积灰，因此第一换热管12采用抗积灰能力强的H型鳍片管或针翅管强化传热受热面效果更好；由于此时预热烟气中的酸雾不会凝结在第一换热管12管壁上腐蚀壁面，因此第一换热管12的材料选用价格低廉的碳钢，节省投资；还因为前烟气冷却器4降低了预热烟气的温度，提高了静电除尘器5的除尘效率，使得风机6处理的烟气量大大减小，节省电耗，预热烟气中含灰量大大减小，降低了风机6的磨损；所述的风机6的数量为1台，节省了空间，简化了尾部烟道系统，而且降低了风机的初投资，避免了由于工况不稳定而造成的引风机与增压风机工作点不同步的现象；而后烟气冷却器7的工作环境中烟尘含量极少，不存在积灰的危险，采用换热能力强但防积灰能力弱的螺旋翅片管，但由于烟气处于酸露点以下，酸雾会在第二换热管13管壁凝结，腐蚀管壁，因此此处的第二换热管13的材料选用耐硫酸露点腐蚀能力强的ND钢来延长第二换热管13的寿命；且后烟气冷却器7的底部做成斜面，使得凝结下来的酸液更能便于通过自流作用流入脱硫塔8处理；加上后烟气冷却器7将烟气温度降低到适于脱硫的85℃左右，省略了原来的喷水减温工序，不仅提高和保障了脱硫效率，同时大大节省了珍贵的水资源，节省了电厂的开支，这样的装置总体具有投资小，结构简单，效果明显，运行稳定的特点，完成节能增效、脱硫增效、除尘增效、引风机和增压风机优化的系统改造，实现综合治理一体化的节能减排。

Claims (6)

1.一种基于烟气冷却的除尘脱硫节能装置，包括脱硝系统(2)，脱硝系统(2)的烟气输入端与锅炉(1)的烟气出口相连接，其特征在于：沿着烟气流动方向，脱硝系统(2)的脱硝烟气输出端与空气预热器(3)的脱硝烟气输入端相连接，空气预热器(3)的预热烟气输出端和带有第一换热管(12)的前烟气冷却器(4)的预热烟气输入端相连接，该前烟气冷却器(4)的前冷却烟气输出端与静电除尘器(5)的前冷却烟气输入端相连接，静电除尘器(5)的除尘烟气输出端和风机(6)的除尘烟气输入端相连接，风机(6)的尾部烟气输出端与带有第二换热管(13)的后烟气冷却器(7)的尾部烟气输入端相连接，后烟气冷却器(7)的后冷却烟气输出端和脱硫塔(8)的后冷却烟气输入端相连接，脱硫塔(8)的脱硫烟气输出端和烟囱(9)的脱硫烟气输入端相连接；而在凝结水流动方向上，后烟气冷却器(7)的N级凝结水输入端与N级低压加热器(10)的N级凝结水输出端相连，后烟气冷却器(7)的后凝结水输出端与前烟气冷却器(4)的后凝结水输入端相连，前烟气冷却器(4)的前凝结水输出端与N-1级低压加热器(11)的前凝结水输入端相连接，其中N代表凝结水输入级别，为大于等于1的自然数。
2.根据权利要求1或权利要求2所述的基于烟气冷却的除尘脱硫节能装置，其特征在于：所述的风机(6)的数量为1台。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的基于烟气冷却的除尘脱硫节能装置，其特征在于：所述的后烟气冷却器(7)的底部为向下倾斜面。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的基于烟气冷却的除尘脱硫节能装置，其特征在于：所述的烟囱(9)为湿烟囱。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的基于烟气冷却的除尘脱硫节能装置，其特征在于：前烟气冷却器(4)内的第一换热管(12)为H型鳍片管或针翅管，且该第一换热管(12)材料为碳钢，另外该前烟气冷却器(4)上还设置吹灰装置(14)。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的基于烟气冷却的除尘脱硫节能装置，其特征在于：所述的后烟气冷却器(7)内的第二换热管(13)为螺旋翅片管，且该第二换热管(13)材料为ND钢。
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