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1000MW机组烟囱石膏雨的研究

北极星大气网  来源:《发电设备》  作者:许静 段钰锋等  2018/8/10 9:17:52  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:石膏雨 烟气脱白 湿法脱硫

北极星大气网讯:摘要:为研究“石膏雨”产生的原因并消除该现象,针对某1000MW电厂的运行参数,计算了不同环境温度、不同机组负荷下烟囱内的冷凝液量,得出较高负荷和较低环境温度会使烟囱内生成更多的冷凝液量。计算了采用管式GGH装置的烟囱不发生白烟的烟气排放温度,分析得出白烟现象的发生温度受环境温度的影响很大,冬季要解决烟气脱白除GGH装置外还需引入其他热源。

我国300MW以上的火电机组基本上都采用石灰石一石膏湿法烟气脱硫(WFGD)技术。石灰石一石膏湿法脱硫吸收塔出口烟气温度在45~60℃,烟囱排烟温度较低,属于湿饱和状态,容易出现夹带石膏浆液的情况,导致正常天气情况下,电厂周围地区经常出现降下小液滴的现象,这种现象被称为“石膏雨”现象。含有一定量的SO2、SO3及石膏浆液的小液滴呈酸性,会对电厂附近的设备、设施和建筑物造成一定的腐蚀损害,对电厂的正常运行和周围居民的生活产生了很大的影响。在烟囱内未冷凝的酸性液体,扩散到大气中就会形成“石膏雨”。为研究及分析白烟和“石膏雨”的生成规律,并提出防治措施,笔者对某电厂1000MW机组在不同负荷、不同环境温度下烟囱内的冷凝液量和采用管式GGH装置后不发生白烟的温度进行了计算。通过对“石膏雨”形成的研究找出解决方案,以减少环境污染。

1‘‘石膏雨"的形成机理

1.1形成因素

“石膏雨”主要来自烟气中未除净的液滴和冷凝水。形成“石膏雨”现象的原因主要有三个方面:

(1)净烟气的特性。经过湿法烟气脱硫系统的烟气会携带大量的液滴,烟气在排人大气的过程中,温度会不断降低,湿饱和蒸汽区的烟气会不断生成冷凝液,这是“石膏雨”形成的最根本原因。

(2)烟囱的结构形式。烟囱的高度、烟囱壁面的平整程度、烟囱的内衬材料,以及导流板的布置等都会对“石膏雨”的形成产生很大影响。(3)环境的气象条件。主要指环境温度、相对湿度和大气压力,这些因素是形成“石膏雨”现象的外部原因。

1.2解决方法

针对“石膏雨”形成的原因,需要在WFGD的设计和建设过程中充分考虑烟气通过吸收塔后净烟气温度、水分含量,采取改进措施。一方面可增强除雾效果、减少烟气中的雾滴携带,除雾器设计上需对人口烟气量与设计参数的偏差、烟气流速的大小、除雾器的选型等方面进行充分考虑,合理布置除雾器,减少烟气对液滴的夹带量;另一方面可提高烟温,合理地布置烟气加热装置,强化烟气的抬升和扩散,减弱甚至消除火电厂周边区域的“石膏雨”现象。

2脱硫系统和烟气系统

2.1脱硫系统

烟气脱硫设备采用石灰石一石膏湿法、一炉一塔脱硫装置。脱硫率在设计煤种BMCR工况下不小于95%。每套烟气脱硫装置的出力在锅炉BMCR工况的基础上设计,脱硫系统处理的烟气体积流量872m3/s(湿态、标准状况、锅炉设计煤种)最小可调能力与单台炉不投油最低稳燃负荷(30%BMCR工况,燃用设计煤种的烟气流量)相适应;烟气脱硫装置应能在锅炉BMCR工况下进烟温度加10K裕量条件下安全连续运行。脱硫效率按设计煤种100%BMCR工况下不低于95%设计。脱硫系统设置100%烟气旁路,不设置GGH。

2.2烟气系统

烟气系统的流程为:锅炉炉膛产生烟气一脱硝SCR反应器一空气预热器一除尘器一引风机一脱硫增压风机一脱硫吸收塔一烟囱。每台锅炉配备两台50%容量的静叶可调引风机和两台50%容量的动叶可调增压风机,用于克服烟气在锅炉烟气系统及wFGD装置系统内造成的烟气压降。引风机和增压风机串联布置,均设计在WFGD装置进口原烟气侧高温烟气侧运行。

2.3煤种分析和锅炉性能

设计煤种的工业分析及元素分析见表1,锅炉性能见表2。

4机组不发生白烟的温度

4.1工程背景

拟采用管式GGH方案来防止白烟的发生。为了校核烟气的热量是否能够使烟囱出口温度达到不发生白烟的温度,以确定是否需要引入其他热源来保证不发生白烟,所以需计算该工程不发生白烟的温度,其主要工艺系统图见图2

该系统中设置了两台烟气一水换热器:烟气冷却器和烟气加热器。以水为媒介,原烟气首先进入烟气冷却器,冷却到90℃左右,进入脱硫吸收塔;从脱硫塔出来50℃左右的净烟气再通过烟气加热器升温到80℃左右进人烟囱。水媒介在烟气冷却器中升温,通过水泵送入烟气加热器降温,循环运行。

4.2结果分析

夏季、冬季和过渡季由于环境温度和大气压力的不同,所以饱和等湿摩尔曲线略有不同,但基本相似。环境湿度都在80%左右,影响不大,对环境状态点影响最大的因素是环境温度。由于算出白烟不发生温度的原理是由环境状态点向湿度为100%的等湿摩尔曲线作切线,所以冬季的较低温度导致作出切线的斜率较小,从而可能得出较高的不发生白烟的温度。不同工况、不同环境温度下白烟不发生的温度变化见图3。

由图3可以得出:采取吸收塔出口的烟气与未经处理的烟气混合,或与高温燃烧气混合和设置管式GGH的方案都能有效防止白烟发生。相对夏季和过渡季,冬季由于环境温度较低,极易发生白烟现象。所以,在采取防止白烟发生的措施时,计算出冬季不发生自烟的温度很高,达到了130℃左右;而夏季只要吸收塔出口烟气温度达到60~70℃就可以有效防止白烟的发生。若对已有的湿烟囱进行改造来防止白烟发生,可对比几种方案的实用性和经济性进行选择。采用管式GGH的方案效果较好,但运行中也存在严重的积灰和腐蚀问题。采用管式GGH后的烟气出口温度在70~80℃,在夏季和过渡季可防止白烟发生,但在冬季需要引入其他热源来防止白烟现象的发生。

5结语

(1)湿烟气在烟囱中生成冷凝液主要是由于烟气的温降引起的,机组在高负荷下运行时,烟气量较多使得烟囱内生成的冷凝液量较多;不同环境温度下的散热温降相差较大,导致不同环境温度下的冷凝液量有很大的不同,所以冬季冷凝液量高于过渡季和夏季。

(2)由于白烟的发生受环境温度影响很大,设置管式GGH在夏季和过渡季能有效防止白烟现象的发生,但是由于冬季不发生白烟现象所需要的烟气排放温度较高,仅靠管式GGH并不能满足要求,需要根据实际情况综合多项因素以其他方式引入热源来消除白烟。

原标题:1000MW机组烟囱石膏雨的研究

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