协同颗粒物脱除和水分回收的电站锅炉烟气余热利用系统

北极星环保网讯:应用蒸汽相变技术与氟塑料换热器，设计了协同颗粒物脱除和水分回收的电站锅炉烟气余热利用系统。系统在脱硫塔进、出口设置两级间接传热式烟气冷却器，氟塑料换热器吸收的排烟余热通过闭式循环水和板式换热器传递给凝结水。一级烟气冷却器降低脱硫塔入口烟温以减小脱硫水耗，二级烟气冷却器冷凝烟气中的水蒸气并脱除烟气中的颗粒物。将系统应用于某330MW燃煤机组，在额定负荷可降低发电煤耗率为3.09g/(kW·h)，回收冷凝水为6.4t/h，降低颗粒物浓度至8.08mg/m³；连续运行9个月，可节约77%的脱硫系统用水。

自2015年12月国家发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(简称“方案”) 以来，许多煤电机组进行了烟气超低排放改造，以达到方案要求的在基准含氧量6%条件下，PM、SO₂和NO_x排放浓度分别≤10，35，50mg/m³的指标。

超低排放改造时，在脱硝方面主要采用低氮燃烧技术(LNB)和选择性催化还原技术(SCR)相结合，并对SCR增加催化剂的方法。针对湿法脱硫系统，主要采用单塔双循环技术、双塔双循环技术、双托盘脱硫技术、双吸收塔串联技术、单塔多喷淋技术等。颗粒物脱除方面主要采用低低温电除尘技术和湿式电除尘技术，并逐渐形成了以这两种技术为核心的超低排放技术路线。

据不完全统计，截至2015底，我国采用低低温电除尘器技术已改造机组70台，总装机容量超40000MW；采用湿式电除尘器技术改造180台，总装机容量超90000MW。低低温电除尘器技术可较好地脱除SO3等可凝结污染物，湿式电除尘器对联合脱除气体污染物和微量金属元素有利，但造价相对较高。

采用低温省煤器技术的锅炉烟气余热利用系统在电厂已得到广泛应用。脱硝、脱硫、除尘和余热利用系统在工作时会相互影响，每个系统在完成其主要任务时需为下游装置创造有利条件。受低温腐蚀限制，目前低温省煤器多布置在脱硫塔前的引风机与脱硫塔之间，或空气预热器与电除尘之间，可将脱硫塔入口烟温降低到80～90℃。

从水分回收的角度来看，脱硫塔入口烟温降低减少了喷淋水的消耗量，未回收烟气中的水分。从余热利用角度分析，系统主要回收的是烟气余热中的显热，而烟气中水蒸气携带的大量汽化潜热则随着烟气排入了大气，既造成了水分的浪费又造成了热量的损失，同时易导致烟囱的腐蚀并形成“石膏雨”。

近年来快速发展的氟塑料换热器技术，为烟气余热的深度回收和污染物的协同脱除创造了条件。本文采用氟塑料换热器，充分利用其优越的抗酸腐蚀性能，并结合蒸汽相变脱除颗粒物技术，针对某330MW供热燃煤机组设计了协同颗粒物脱除和水分回收的电站锅炉烟气余热利用系统。通过对实际应用后的数据分析，证明采用传统的冷凝法余热利用及水分回收技术，可以实现烟气颗粒物的协同脱除。

1 系统设计方案

协同颗粒物脱除和水分回收的电站锅炉烟气余热利用系统设计方案如图1所示。

图1 协同颗粒物脱除和水分回收的电站锅炉烟气余热利用系统

系统由布置在引风机和脱硫塔之间的烟气冷却器(FGC1)和布置在脱硫塔出口与烟囱之间的烟气冷却器(FGC2)构成。引风机中烟气依次流经FGC1、脱硫塔、FGC2后从烟囱排入大气。图1中，H1～H3代表1～3号高压加热器，H5～H8代表5～8号低压加热器。

全部凝结水进入FGC2加热后，一部分凝结水经FGC1进一步加热后引入6号低压加热器入口，另一部分凝结水直接进入8号低压加热器，经8号、7号低压加热器加热后，与从FGC1来的凝结水混合进入6号低压加热器。

烟气冷却器采用间接传热方式。两级烟气冷却器分别由布置在烟气侧的氟塑料换热器(FGC1-H、FGC2-H)和凝结水侧的金属板式换热器 (FGC1-C、FGC2-C)组成。氟塑料换热器与板式换热器之间通过闭式循环水管路连接，闭式循环水在泵的驱动下在各换热器之间循环流动。

闭式循环水流过氟塑料换热器(FGC1-H、FGC2-H)时吸收烟气热量，并通过板式换热器(FGC1-C、FGC2-C)将从烟气吸收的热量传递给凝结水。氟塑料换热器FGC2-H下部设置了水分回收管路，将回收的水引入冷却塔底部的储水池或脱硫塔中循环利用。

1.1烟气余热利用原理

凝结水流过FGC2时吸收了烟气余热，凝结水温度升高。随后，一部分凝结水进入8号低压加热器，凝结水温度升高且流量减小，使8号、7号低压加热器的汽轮机抽汽量减小。另一部分凝结水在FGC1进一步吸热后与7号低压加热器出口的凝结水混合进入6号低压加热器，由于6号低压加热器进口水温升高，其抽汽量减小。凝结水吸收了烟气余热，减少了汽轮机的抽汽量，汽轮机的做功能力增加。

1.2水分回收及节水原理

电站锅炉的设计排烟温度一般在120℃左右，但实际运行时往往高于这个数值。在图1所示的烟气流程中，锅炉的排烟经脱硫塔喷淋脱硫、除雾脱水后温度约为50℃，从脱硫塔排出。脱硫塔内消耗的水量可根据脱硫塔内烟气的能量平衡计算，见式(1)：

由式(1)可知：烟气流量越大、脱硫塔入口烟温越高，消耗的水量越多。在本方案中，利用烟气冷却器FGC1将脱硫塔入口烟温降低到90℃左右，可有效降低脱硫水的消耗，达到节水目的。

烟气进入脱硫塔后，石灰石浆液中的水吸收烟气热量蒸发成水蒸气，脱硫塔内部的烟气处于饱和状态。在脱硫塔出口布置氟塑料换热器可将脱硫塔出口50℃左右的烟气进一步冷却，烟气中的水蒸气将凝结成水。本系统在氟塑料换热器FGC2-H下部设置了烟气回收水管路，将回收的水送入冷却塔底部的储水池或脱硫塔中进行循环利用，可进一步减少电厂水耗。

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