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湿法烟气脱硫系统设置基本原理说明

发布日期:2019-02-23 13:36点击:

目前,在石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中,越来越多的电厂采用“湿烟囱”方案,即取消CCH。部分已设置CCH的脱硫系统,由于运行中经常出现堵灰、腐蚀等问题,而将换热元件取出,相当于取消了CCH的作用。湿法脱硫系统取消CCH优点是降低投资成本、降低系统阻力、减少电耗和运行费用;缺点是净烟气温度降低、含湿量增大,造成烟气抬升高度减小,易出现白烟和烟囱雨现象,并增加尾部烟道和烟囱的腐蚀。

本文择取1000MW、600MW和300MW机组石灰石-石膏湿法FCD系统性能检测数据进行分析,对比FCD系统性能指标以及出口低温腐蚀程度,提出无CCH烟气脱硫系统可通过一种新的净烟气再热方式来提高烟气抬升高度并减轻对烟囱的腐蚀。

1、基本原理

1.1 腐蚀

FCD系统设备腐蚀主要包括金属材料腐蚀和非金属材料腐蚀两类。

金属材料腐蚀原理主要有化学腐蚀及电化学腐蚀。化学腐蚀主要是指烟气和滤液中的腐蚀介质与钢铁发生反应,生成可溶性铁盐;电化学腐蚀主要是指在脱硫装置的特殊结构处,如缝隙、焊缝或表面缺陷处等,由于缺氧、水解与离子扩散困难等原因的综合作用,造成局部的高酸性环境,与金属基体的其他部分之间产生电位差从而形成原电池。

非金属材料腐蚀原理主要是烟气和桨液对有机非金属衬里产生的物理性腐蚀。衬里腐蚀破坏的表现形式主要有:溶胀、鼓泡、分层、剥离、脱黏、开裂、扩散性底蚀等。

1.2 烟气抬升的影响因素

烟气自烟囱口排出,在有风的情况下,其抬升过程可分为四个阶段(动力上升阶段)、浮升阶段(热力上升阶段)、互介阶段(破裂阶段)和变平阶段。烟气上升的轴线高度与烟囱几何高度的差为烟气抬升高度。

烟气抬升高度的影响因素主要有:

(1)烟气出口速度。烟气出口速度的大小决定着烟气初始动力的大小;

(2)烟气热释放率。烟气热释放率为烟囱口排出热量的速率,该值越高,烟气抬升的浮力就越大;

(3)烟囱出口处风速。烟囱出口处风速越大,烟气抬升高度越低;

(4)大气稳定度。在不稳定条件下,烟气抬升高度比中性条件下高。在稳定条件下,烟气抬升高度比中性条件下低;

(5)大气湍流。大气湍流越强,烟囱排出烟气的抬升高度越低。

2、结果与讨论

2.1 系统概况

择取A、B、C、D、E电厂6套石灰石-石膏湿法FCD系统,其机组容量分别为1000MW、600MW和300MW,其中A电厂6号机组、C电厂2号、D电厂2号机组脱硫系统无CCH;电厂1号、A电厂2号、E电厂4号机组脱硫系统设置CCH。A电厂6号机组除有FCD系统外,还配套安装有SCR脱硝系统,其他机组均办配有FCD系统。A-E电厂机组锅炉均配有电除尘器。

2.2 FCD性能指标检测结果

A-E电厂6套石灰石-石膏湿法FCD系统性能指标检测结果见表1。

从表1可知,设置与取消CCH的6套石灰石-石膏湿法FCD系统的脱硫效率为95.1%-97.8%,均符合保证值的要求,且无CCH的FCD系统可避免CCH漏风的影响。

6套湿法FCD系统除尘效率42.1%-71.2%,影响石灰石-石膏湿法FCD系统除尘效率的因素较多,但取消CCH的湿法FCD系统,由于出口湿度增大而影响了烟尘质量浓度的测定。

取消CCH的FCD系统压降均低于设置CCH的FCD系统压降。取消CCH后,1000、600、300MW机组系统压降分别较设置CCH机组系统压降减小了614.7Pa、1143.2Pa和603.6Pa,系统风机减小了风机开度,从而降低了系统电耗。

取消CCH的FCD系统水耗均有所增加。取消CCH后,1000、600、300MW机组系统水耗分别较设置CCH机组系统水耗增加了46.8t/h、15.4t/h、15.2t/h,水耗增加的主要原因是由于高温原烟气直接进入吸收塔后造成蒸发水量增加所致。

2.3 排放污染物浓度检测

SO2烟尘、SO3质量浓度检测结果见表2,表中污染物质量浓度均为6%O2、标干态。

从表2可知,6套FCD系统出口SO2质量浓度为31.1-114.3mg/m3,均达到设计要求。取消CCH后由于烟气温度降低、烟气露点温度升高、含湿量增大等原因,烟气中的SO3易与烟气中的水蒸气结合生成硫酸雾,在低于烟气酸露点温度时,硫酸雾就会凝结而产生低温腐蚀,增加尾部烟道和烟囱的性酸腐蚀程度。从烟囱排出的SOx、NOx是酸雨的前体物,分别发生反应形成硫酸和硝酸,通过干沉降和湿沉降到达地面而导致环境酸化。

烟气中烟尘的形成是一个非常复杂的过程,煤粉在高温下快速加热、裂解和燃烧,使煤中矿物质发生分解、熔融、汽化、凝聚、冷凝、团聚等一系列物理、化学变化而形成不同粒径的飞灰。烟囱出口烟尘的扩散方式也较为复杂,粒径小于10um的颗粒物(飘尘)通过物理过程发生的变化遵循常用的高斯模式;而粒径大于10um颗粒物有明显的重力沉降作用,使烟流中心线向地面倾斜,相当于有效源高的减小,其扩散将遵循倾斜烟云模式。取消CCH后由于湿烟气烟温降低,烟气密度增大,导致烟气抬升高度降低,容易出现白烟和烟囱雨现象。

2.4 对烟气抬升高度的影响

A-E电厂烟囱参数及烟气流速检测结果见表3.从表3可以看出,除了D电厂烟囱材质为混凝土结构外,其他电厂烟囱均为不锈钢材质。按照《火力发电厂土建结构设计技术规定》的要求,当排放强腐蚀性烟气时,宜采用多管式或套筒式烟囱结构形式, 即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开,使得外筒受力结构不接触腐蚀性烟气。

A-E电厂烟气流速为19.7-29.8m/s,烟囱内烟气流速主要与机组负荷、FCD系统配置及烟囱内径有关。提高烟囱内烟气流速可增加烟气的抬升高度,但过高的烟气流速将对烟囱内壁防腐材料造成磨损。取消CCH后由于净烟气排烟温度降低,烟气密度增加,造成烟气热释放率减小,对烟气的抬升高度有较明显的影响。

2.5 烟气再加热方式

湿法FCD装置烟气再热系统的再热方式经最初的串联式烟气再热法、间接热空气喷射再热法、直接燃烧再热法、烟气旁通法、再生再热法,发展至CCH烟气换热法,目的主要在于提高烟气温度和烟气抬升高度、减少设备腐蚀及有于污染物的扩散。但从 实际运行情况来看,这些烟气再热系统均存在问题,导致目前越来越多的项目取消了CCH的使用而采用“湿烟囱”方案。在一般 环境条件下,湿法FCD系统可不设置CCH,但对于有特殊环境要求的具体项目,是否设置CCH应根据项目位置的特殊要求通过环境 影响评价确定。

设置烟气换热系统能提高烟气的抬升高度、减小烟囱腐蚀,而CCH换热方式经常由于堵灰和腐蚀等原因给湿法FCD运行带来不便,建议可使用一种新的净烟气再热方式,即用电伴热带缠绕在烟气不锈钢内筒的外壁上,利用烟囱的高度优势,对净烟气进行再加热。用这种简便易行的烟气再加热方式能达到提高烟气抬升高度、减小烟囱腐蚀的目的。通过选择适当的电拌热温度在保证达到净烟气再热目的同时应尽量减小对烟气热应力的影响。

3、结语

(1)石灰石-石膏湿法FCD系统取消CCH后系统压降减小,可以降低系统电耗。

(2)石灰石-石膏湿法FCD系统取消CCH后水耗增加,其原因是由于高温原烟气直接进入吸收塔后造成蒸发水量增加所致。

(3)FCD系统取消CCH后,由于烟气温度降低、烟气露点温度升高、含湿量增大等原因,烟气中的SO3易与烟气中的水蒸气 结合生成硫酸雾,在低于烟气酸露点温度时,硫酸雾就会凝结而产生低温腐蚀,增加尾部烟道和烟囱的酸性腐蚀程度。

(4)提高烟囱内烟气流速可增加烟气的抬升高度,但过高的烟气流速将烟囱内壁防腐材料造成磨损,因此,烟囱内烟气流 速的设计应权衡多方面的因素。

(5)建议可使用一种新的净烟气再热方式,即用电伴热带缠绕在烟囱不锈钢内筒的外壁上,利用烟囱的高度优势,对净烟 气进行再加热。