CN204574071U - 电除尘换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电除尘换热装置，包括电除尘器、脱硫塔、设置在电除尘器前端的烟气冷却器、设置在脱硫塔后端的烟气再热器以及与汽轮机冷凝水系统连接的热媒循环通道，冷凝水系统由汽轮机各级加热器的冷凝水通道串连而成，热媒循环通道包括出水通道和回水通道，出水通道和回水通道的一端连接在所述冷凝水系统上，出水通道的另一端连接至烟气再热器的入水口，烟气再热器的出水口连接至所述烟气冷却器的入水口，烟气冷却器的出水口连接至所述回水通道的另一端。本实用新型的热媒系统在运行中，不消耗额外能源，热媒从烟气冷却器获得的能量全部回到汽轮机的热力系统，又不额外消耗能量，所以，从能量效率的角度，本实用新型比现有技术都高。

Description

电除尘换热装置

技术领域

    本实用新型应用于电站锅炉电除尘领域，具体是涉及一种结构简单、对汽轮机运行无影响的低低温电除尘的换热系统。

背景技术

  燃煤电站锅炉的粉尘排放是造成我国环境污染及雾霾天气的主要原因之一。我国电站锅炉的除尘设备几乎都采用静电式除尘器。虽然近年来许多电厂都对电除尘设备进行了升级改造，但相当多电厂的烟尘排放浓度都超出了《电站煤粉锅炉大气污染物排放标准（GB 13223-2011）》关于烟尘排放标准的限值，即20～30mg/Nm³。

   随着环保要求的提高，2014年国务院下达了《国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划（2014～2020年）的通知》（国办发[2014]31号），对我国东部地区、中部地区和西部地区分别要求燃煤发电机组的烟尘排放浓度基本达到或接近达到到燃汽轮机组的烟尘排放浓度（即10mg/Nm³）。为落实这一排放要求，燃煤电站对电除尘器的改造要做出艰巨的努力。

    经过世界各国的多年研究，发现燃煤灰分的粉尘特性，主要是粉尘的比电阻对电除尘器的除尘效率影响很大，粉尘比电阻越大，电除尘器的除尘效率越低，粉尘排放浓度就越大，而粉尘比电阻又与粉尘的温度高低有关。

   电除尘器所处理的锅炉烟尘，是由锅炉空气预热器出口烟道而来，这里的烟气温度称为锅炉排烟温度。我国电站锅炉的排烟温度大多处于120～160℃之间。这个温度区间对于大多数煤种的粉尘，是属于高比电阻区域，电除尘效率较低。多国研究发现，如果将电除尘器处理的烟尘温度由120～160℃降低至80～100℃，由于燃煤粉尘的比电阻大幅度降低（甚至可达2个数量级），电除尘效率可大幅度提高，并由此提出了低低温电除尘技术。

   实现低低温电除尘技术的一个关键技术措施是在锅炉空气预热器出口与电除尘器之间加装一个烟气冷却器，以便将进入电除尘器的烟气温度降低至80～100℃。烟气冷却器是一个庞大的换热器，其中用以冷却烟气的介质（或称传热介质或热媒），有气体（如低温烟气）或液体（如水）。

    烟气冷却器对锅炉来说是一个低温换热器，为了不使换热器过于庞大，希望传热介质的温度比烟气温度要尽可能低一些。但是对我国大多数煤种，80～100℃的温度区域已低于烟气中硫酸蒸汽（由SO₃转变而来）的露点，硫酸蒸汽将转变为液态硫酸雾。在除尘器未经除尘的烟气中，粉尘的浓度很大，对我国煤种，一般达10～40g/Nm³，高浓度粉尘颗粒的存在，给硫酸蒸汽的凝结提供了大量凝结核心，所以在烟气冷却器与电除尘器之间的烟气中，硫酸雾主要凝结和粘附在粉尘上，而不是在光滑的金属表面上，并被燃煤灰分中的碱性成份中和而失去活性，随后又被电除尘器除去。因此，烟气冷却器和电除尘器及其后面设备（如吸风机）不会发生遭受硫酸的严重腐蚀。但要防止烟气因温度过低而发生水蒸汽的凝结，否则硫酸腐蚀和电化学腐蚀同时发生作用，将大大缩短烟气冷却器和电除尘器的使用寿命。从防止水蒸汽凝结的角度，要求烟气温度比烟气中水蒸汽的露点（一般为40～50℃）要高出约20～25℃。因而，一般要求进入烟气冷却器的热媒温度不低于60℃。

   在低温电除尘技术中，除在电除尘器之前的烟道中加装烟气冷却器之外，一般还在其后的湿式脱硫装置的烟气出口处加装烟气再加热装置（烟气再热器），把脱硫塔出来的烟气温度（烟气中水蒸汽的饱和温度，一般为40～50℃），加热至比水蒸汽饱和状态高出至少20～25℃的温度（有些国家要求达到约80℃），以避免脱硫塔后的烟道、增压风机及烟囱等设备遭受化学腐蚀，并可防止电厂烟囱排放烟气时在周围区域出现石膏雨（这是环境保护所不容许的）。

   低低温电除尘技术有诸多优点：

    1.相对于常规（处理烟气温度为120～160℃）电除尘技术，由于处理烟气温度低（80～100℃），煤灰粉尘的比电阻小，电除尘效率较高，故烟气排放的粉尘浓度显著降低。

   2.对于沿烟气流向装置在除尘器后的湿式脱硫塔，由于大部分SOx已随粘附粉尘从除尘器中除去，所以脱硫负载较轻，烟气SOx排放浓度也较常规电除尘设备低，同时，低温电除尘技术的高效除尘，提高了湿式脱硫技术副产品石膏的质量。

    3.在低低温电除尘技术中，进入湿式脱硫塔的烟气温度也比常规电除尘技术低，可以节省脱硫的用水量。

随着对环境保护要求的提高，低低温电除尘技术是燃煤火电机组近十年来开始出现的新技术。据报导在我国火电行业只有一两家电厂进行了试验；国外先进工业国，如日本、德国等，已有一定数量的火电机组实施了这一技术（多采用下述热媒单独循环的MGGH系统），锅炉粉尘排放浓度大幅度下降。

从技术实施或技术研讨方案来区分，大约有三种方法。

1. 只采用低温（或低低温）省煤器作烟气冷却器技术

  这种方案的技术原理如图1和图2所示。图中符号1～4及20为汽轮机回热系统的若干级加热器，1～4分别为第8～第5级汽轮机抽汽对应的低压加热器（或称8号～5号低加），20为汽轮机轴封加热器。凝结水泵8将汽轮机主凝结水（来自汽轮机凝汽器并经一定轴汽加热）压送分别经过各级低压加热器输送至除氧器。图中9为锅炉空气预热器出口烟道，这里烟气温度称为排烟温度，我国火电机组大多处于120～160℃的水平。若不采取措施，烟气直接进入电除尘器11，则因烟温较高，烟气中粉尘比电阻大，除尘效率较低，烟气从烟囱排出时，粉尘排放浓度很大，加装了烟气冷却器10后，烟温可降至90～110℃，粉尘比电阻可以降低1～2个量级，除尘效率大幅提高，在经吸风机12、脱硫塔13、增压风机14后，烟气从烟囱15排出时，其粉尘排放浓度可大幅降低。

图1和图2其实是等同的。只不过在图1中因布置烟气冷却器的空间受限，将其分为两级（10和21），图2则为1级布置。在烟气冷却器中，冷却烟气的热媒是从和8号低加1前和7号低加2后主凝结水两路引出并混合之后，由升压泵7输送，在冷却烟气而自身加热后，回送至5号低压加热器4前后的主凝结水中。当阀门6全关时，烟气冷却器与汽轮机热力系统解列。

这一方案有两大缺陷，第一，除尘烟气在湿式脱硫塔中脱硫及与喷雾充分接触，烟气温度降至约40～50℃，其后的烟道、增加风机及烟囱腐蚀较为严重。此外，在这一方案中，由烟囱15排放的烟气带有大量水雾，而且烟气中还携带有湿法脱硫中脱硫塔内生成的副产品石膏（CaSO₄·2H₂O），水雾和石膏不可能随烟气向远方扩散，而是在烟囱出口附近发生与烟气分离，像石膏雨般散落在电厂周围地区，于周围环境不利，也是环保所不容许的。

   第二，在这一方案中，因烟气冷却器冷却热媒的入口温度要保持大致60℃的温度，故有一路来自8号低加1入口的主凝结水取水。当低温电除尘系统工作时，汽轮机第8级抽汽（压力最低的汽轮机抽汽）就要相应减少，其结果使汽轮机的发电功率下降，回热系统的热效率就要相应降低。

此外，为防止低负荷时烟气冷却器热媒温度太低，在烟气冷却器出口热媒与入口热媒之间应加装热水再循环系统。

2.热媒单独循环的MGGH系统

    MGGH是热媒式烟气－烟气加热器英文名字第1个字母简称，包括锅炉排烟的烟气冷却器和除尘脱硫后“干净”烟气的再热器，原理图如图3所示。这种技术的烟气冷却和再加热介质自成一个循环系统，16为载热体的循环管道，载热体在烟气冷却器中冷却烟气自身加热后，作为烟气再热器的加热介质，自身被冷却，经热媒再循环泵24再回送至烟气冷却器中。所以，MGGH系统与汽轮机回热系统中任何加热器没有联系。这一技术大多应用于国外电厂，国内某电厂曾引进和采用。

   图4示出MGGH稍微详细一点的循环系统。载热体在热媒再循环泵24的驱动下，在热媒循环管道16与烟气冷却器、烟气再热器之间进行循环。

  锅炉在低负荷时，烟气流量大幅减少，锅炉排烟温度也明显下降，在MGGH系统中，热媒在烟气冷却器10中所获得的热量，可能不足以在烟气加热器22中将“干净”烟气加热至比烟气中水露点大约高出20～25℃的温度。在这种情况下，应开启蒸汽控制阀28向蒸汽－热媒加热器25供应过热蒸汽，以提高烟气再热器22的热媒进口温度。过热蒸汽27经热媒加热器加热后，在疏水冷却器26中进一步加热热媒以减少过热蒸汽的耗量。此外，在锅炉低负荷时，若“污染”烟气出口烟温太低（此温度应比烟气中水蒸汽露点起码高出20～25℃的温度），应适当开启循环系统的热媒旁路阀29，以短路一部分热媒。

    在MGGH系统中，热媒的循环系统是封闭的，在系统启动和停运时，热媒比容发生变化，故系统中应装置热媒膨胀容器30。由此可见，MGGH的循环系统及其运行是比较复杂的。

    由于烟气冷却器和烟气再热器的热媒封闭在一个循环回路中，当烟气冷却器与烟气再热器的热功率不相等时，循环系统中热媒的温度就要发生变化，不能保持稳定，为保持热媒温度恒定，就要调整（增加或减少）热媒加热器的过热蒸汽量。所以，这种系统需要额外的蒸汽能量。

   3.热媒采用“主凝结水－烟气冷却器－烟气再热器－主凝结水”的系统

    国内文献上曾报导一种以主凝结水为热媒的低温电除尘系统的研讨方案，如图5所示。在锅炉烟气处理系统上，于电除尘器之前装设烟气冷却器，在湿式脱硫塔之后加装干净烟气再热器。烟气冷却和加热的载热体为主凝结水，采用8号低加1前和7号低加2后双路凝结水汇合，通过升压水泵7压送，先进入烟气冷却器10，冷却烟气后自身加热，再经管道送至烟气再热器22，加热“干净”烟气，自身冷却后，在6号低加3前返回主凝结水系统。

  为了保证进入烟气冷却器10的水温不低于60～65℃，采用了8号低加1前和7号低加2后两路汇合供水的方式。

   这种系统方案，由于加装了烟气冷却器10和“干净”烟气再热器22，即可提高电除尘器的除尘效率，降低粉尘排放浓度，又可防止脱硫塔后烟道和相关设备的低温腐蚀以及烟囱周围石膏雨现象的发生。

   这种技术系统在国内未见实施报导，是否能达到预期效果不得而知。但分析该系统可以看出，对于采用主凝结水先进入烟气冷却器（以冷却锅炉出口烟气），其自身被加热后，再送到“干净”烟气再热器的方案，烟气冷却器冷却水（主凝结水）的进口温度，既不能太低（不能低于60～65℃），又不宜太高，如冷却水温度太高，烟气与冷却水之间的温差太小，就不容易实现烟气从约150℃降低至80～100℃温度的要求。

  所以，该系统采用了一路8号低加1前主凝结水的取水，从这里取水，必将排挤7号和8号低加的抽气量，从而对热力循环的热效率发生不利影响。

   此外，为了防止低负荷时进入烟气冷却器的热媒温度太低，系统还应在烟气冷却器出口热媒至入口热媒之间增加热水再循环泵19，使系统及其调节过于复杂，还额外消耗能量。

发明内容

   技术问题：本实用新型旨在提出一种结构简单、对汽轮机和热力系统运行没有影响，又能较好地提高电除尘器除尘效率，达到环保要求且有利于提高热力系统循环热效率的电除尘换热装置。

  技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种电除尘换热装置，包括电除尘器、脱硫塔、设置在所述电除尘器前端的烟气冷却器、设置在所述脱硫塔后端的烟气再热器以及与汽轮机冷凝水系统连接的热媒循环通道，所述冷凝水系统由汽轮机各级加热器的冷凝水通道串连而成，其特征在于：所述热媒循环通道包括出水通道和回水通道，所述出水通道和回水通道的一端连接在所述冷凝水系统上，所述出水通道的另一端连接至所述烟气再热器的入水口，所述烟气再热器的出水口连接至所述冷却器的入水口，所述烟气冷却器的出水口连接至所述回水通道的另一端。

所述出水通道与所述冷凝水系统连接的一端和回水通道与所述冷凝水系统连接的一端在相邻两级加热器之间。

所述出水通道连接至输出冷凝水温度在100℃～110℃之间的两级加热器中间。

在所述冷凝水系统上设置有一控制阀，该控制阀由主凝结水电动调节阀和与所述主凝结水电动调节阀并联的旁路阀构成，所述出水通道和回水通道连接在所述控制阀的两侧。

在所述出水通道上设置有一升压泵。

在所述出水通道和回水通道上各设置有阀门。

本实用新型为热媒采用“主凝结水－烟气再热器－烟气冷却器－主凝结水”的低低温电除尘技术的新型换热系统，其特点如下。

    (1)   在电除尘器前加装烟气冷却器；在湿式脱硫塔后加装烟气再热器；

   (2)   以适宜温度（95～105℃）的主凝结水作为烟气冷却器和再热器的热媒。从汽轮机热力系统抽取的凝结水，先进入脱硫塔出口的烟气再热器，将烟气加热至80℃以上的温度，自身冷却至～70℃，借助升压泵的动力，输送至烟气冷却系统，作为烟气冷却介质，烟气被冷却至90～95℃，进入电除尘器进行除尘，自身被加热至95～105℃的温度后，返回汽轮机的热力系统。作为热媒的主凝结水，取自7号低压加热器的出口，并在6号低压加热器前返回，在取水点和回水点之间加装阀门。

  (3)烟气冷却器和烟气再热器均采用经优化的扩展表面换热器。

附图说明

图1为现有具有单级烟气冷却器的电除尘系统结构示意图；

图2是现有具有两级烟气冷却器的电除尘系统的结构示意图；

图3为现有采用热媒在烟气冷却器和烟气再热器之间直接循环的电除尘系统的结构示意图；

图4为图3电除尘系统的热媒循环示意图；

图5为现有以主凝结水为热媒的低温电除尘系统结构示意图；

图6为本发明的结构示意图；

图7为图6主凝结水循环的温度变化示意图。

  图中：1-8号低压加热器；2-7号低压加热器；3-6号低压加热器；4-5号低压加热器；5-至除氧器；6-阀门；7-升压水泵；8-凝结水泵；9-锅炉空气预热器出口烟道；10-烟气冷却器；11-低温电除尘器；12-引风机；13-脱硫塔；14-增压风机；15-烟囱；16-热媒循环管道；17-电动调节阀；18-旁路阀；19－热水再循环泵；20--汽轮机轴封加热器；21-烟气冷却器；22为烟气再热器；23-烟气至低温电除尘器；24-热媒再循环泵；25-蒸汽-热媒加热器；26-疏水冷却器；27-过热蒸汽；28-进入热媒加热器的蒸汽控制阀；29-热媒旁路阀；30-热媒膨胀容器；31-除尘、脱硫后烟气进入烟气再热器；32-烟气加热后由烟气再热器排出；33-阀门组。

具体实施方式

   以某330MW亚临界压力燃煤机组作为实施本低低温电除尘换热装置专利的例子，如图7所示，图中汽轮机热力系统只示出7号低压加热器2至6号低压加热器3一段主凝结水管路。

   在锅炉烟气流程上，从锅炉空气预热器出口至烟囱前的增压风机之间，需加装两个烟气－主凝结水换热器：一个换热器装置在空气预热器后、电除尘器前，称为烟气冷却器10，另一个装置在湿式脱硫塔之后、增压风机之前的烟气再热器22。主凝结水从汽轮机热力系统7号低压加热器2的出口抽出，额定负荷时这里的水温为103℃，由升压水泵7输送先进入烟气再热器22，将从脱硫塔出来、其中水蒸汽处于饱和状态的烟气（温度一般在40～50℃之间，这里假定约为45℃）加热到比水蒸汽饱和温度高20～25℃以上的温度，主凝结水放出热量给烟气后，自身温度降低至60～70℃，然后，进入烟气冷却器10，将烟气从空气预热器出口130～150℃的温度降低至除尘器入口的85～95℃，主凝结水在烟气冷却器10中吸收烟气热量后，加热至104℃（额定负荷时）的温度，然后返回至（6号低压加热器3进口）主凝结水系统中。

    在7号低压加热器和6号低压加热器之间的主凝结水管上，加装一套调节阀17和旁路阀18构成的阀门组33，以实现低低温电除尘系统换热器的热媒由阀前抽出，回水在阀后返回；利用这组阀门还可调节低低温电除尘系统用水量与直通主凝结水的流量比例，以满足全负荷范围内对各节点烟气和热媒温度的要求。

  在图7中还示出该机组在额定负荷时该低低温电除尘系统各节点的温度。由所列数据看出，该系统完全满足低低温电除尘技术的要求，而且与汽轮机热力系统匹配良好，可保证热力系统高效运行。此外，本系统可获得较低的烟尘和SOx排放浓度，两者可望达到10mg/Nm³的水平。

本实用新型除尘系统的优点是：

1.热媒采用“主凝结水－烟气再热器－烟气冷却器－主凝结水”的系统。主凝结水先进入烟气再热器后再流经烟气冷却器，要求抽取温度较高的凝结水，例如凝结水抽取点在7号低压加热器2之后，系统工作时，对8号低压加热器和7号低压加热器没有影响，即不会排挤低压抽汽，有利于提高热力系统的循环热效率；

2. 与传统技术的热媒系统（“主凝结水－烟气冷却器－烟气再热器－主凝结水”系统，如图1，2，3和5）相比，本实用新型的热媒可采用一路引水和一路回水的系统，比传统技术两路引水和两路回水系统简单，也根本不必要加装热水再循环泵（如图5之热水再循环泵19所示）；在锅炉运行中不需要调节那么多阀门（见图1、图2和图5），只需调节一组阀门（图6之电动调节阀17和旁路阀18或图7之阀门组33）即可。低负荷时只需增加进入本热媒系统的凝结水量的比例，即可达到各项参数的要求；

3. 由于本实用新型采用了温度比传统技术较高的主凝结水作为换热器的热媒，在低负荷时不必担心热媒温度过低（如小于60℃）和烟气再热器中烟气加热温度达不到大于水露点约20℃温度的要求；

4.本实用新型的热媒系统在运行中，不消耗额外能源，不必如MGGH系统（如图4）那样，消耗额外过热蒸汽；也不必如图1、图2和图5那样，需要热水再循环。由于本实用新型热媒从烟气冷却器获得的能量全部回到汽轮机的热力系统，又不额外消耗能量，所以，从能量效率的角度，本实用新型比现有技术都高。

Claims (6)

1.一种电除尘换热装置，包括电除尘器、脱硫塔、设置在所述电除尘器前端的烟气冷却器、设置在所述脱硫塔后端的烟气再热器以及与汽轮机冷凝水系统连接的热媒循环通道，所述冷凝水系统由汽轮机各级加热器的冷凝水通道串连而成，其特征在于：所述热媒循环通道包括出水通道和回水通道，所述出水通道和回水通道的一端连接在所述冷凝水系统上，所述出水通道的另一端连接至所述烟气再热器的入水口，所述烟气再热器的出水口连接至所述烟气冷却器的入水口，所述烟气冷却器的出水口连接至所述回水通道的另一端。

2.根据权利要求1所述的电除尘换热装置，其特征在于：所述出水通道与所述冷凝水系统连接的一端和回水通道与所述冷凝水系统连接的一端在相邻两级加热器之间。

3.根据权利要求1或2所述的电除尘换热装置，其特征在于：所述出水通道连接至输出冷凝水温度在100℃～110℃之间的两级加热器中间。

4.根据权利要求3所述的电除尘换热装置，其特征在于：在所述冷凝水系统上设置有一控制阀，该控制阀由主凝结水电动调节阀和与所述主凝结水电动调节阀并联的旁路阀构成，所述出水通道和回水通道连接在所述控制阀的两侧。

5.根据权利要求4所述的电除尘换热装置，其特征在于：在所述出水通道上设置有一升压泵。

6.根据权利要求5所述的电除尘换热装置，其特征在于：在所述出水通道和回水通道上各设置有阀门。