烟气深度冷却器介绍

火电厂烟气深度冷却器增效减排技术介绍赵钦新博士、教授1.项目研发背景2.技术方案介绍3.关键技术处理4.技术支撑应用提纲（1）项目背景1.项目研发背景推进重点耗能工业节能减排是重要国策；1）发电原煤占原煤产量的50%2）火力发电行业是国家节能减排的主力。时间年份原煤产量亿吨电煤耗量亿吨电煤/原煤%200725.112.549.8200827.213.348.9200931.315.649.8（1）项目背景现役火电厂排烟温度情况1）现役电站锅炉设计排烟温度长期无法下潜烟气酸露点和积灰协同作用一般tpy设计值125~130℃，褐煤140~150℃左右。2）现役电站锅炉排烟温度普遍偏高设计和运行条件差别tpy运行值普遍偏高，高于设计值约20~50℃。1.项目研发背景（1）项目背景1.项目研发背景排烟温度偏高的危害目前锅炉排烟温度普遍偏高除尘效率降低脱硫耗水量增加锅炉效率降低降低烟温脱硫效率降低除尘效率降低脱硫耗水量增加锅炉效率降低脱硫效率降低除尘效率降低锅炉效率降低脱硫效率降低除尘效率降低锅炉效率降低脱硫耗水量增加脱硫效率降低除尘效率降低锅炉效率降低脱硫耗水量增加脱硫效率降低除尘效率降低锅炉效率降低脱硫耗水量增加脱硫效率降低除尘效率降低锅炉效率降低常见烟气余热回收装置的布置方式1）传统未配备脱硫系统的燃煤发电机组（图1所示）①改造省煤器②改造空气预热器③两者同时改造缺陷：受空间限制较大飞灰与结露协同余热回收效果差图1传统燃煤发电机组14523ESP④增加低压省煤器（1）项目背景1.项目研发背景（1）项目背景常见烟气余热回收装置的布置方式2）配套了脱硫系统的燃煤发电机组（图2所示）ESP123410缺点：GGH虽然降低烟温，但并不产生节能减排效果图2配套了脱硫系统的燃煤发电机组示意图GGH91.项目研发背景湿法脱硫中GGH系统可能存在的问题受热面运行于酸露点以下→烟气侧结露→烟气侧表面积灰脱硫烟气夹带→冷端烟气侧换热面发生石灰的积聚换热空间堵塞、GGH漏风GGH耗电量增大，增压风机电耗增大，厂用电率增加，供电煤耗提高已安装GGH的机组，取消或准备取消该系统新建机组几乎全部选择不设置GGH系统（1）项目背景1.项目研发背景取消了GGH系统进入脱硫系统的烟气温度增加脱硫效率下降烟气最佳脱硫工作温度：85℃脱硫系统前喷水减温增加脱硫工艺用水水量取消GGH后出现的问题（1）项目背景1.项目研发背景若脱硫前喷水减温，烟温由125～150℃降至85℃需要大量的减温水加重了除雾器的负担浪费了烟气所蕴含的巨大热量火电厂烟气深度冷却增效减排关键技术背景（1）项目背景1.项目研发背景（2）设计理念1.项目研发背景设计理念首先来源于1973年烟气深度冷却的尝试丹麦CorrosionCentre成功完成了燃用乳化油和燃煤锅炉的排烟温度（240℃和190℃）分别降低到80℃和90℃的工业实践，后者采用了75m高CorTen钢制成的湿烟囱技术；后来，德国SchwarzePumpe2×800MW褐煤机组上应用。水泥窑生产线，窑头排烟温度降低到85℃以下。悬浮预热器SuspensionPre-heter370~220℃窑尾余热锅炉SPHRSG空气冷却器AirQuenchingCooler350~60℃窑头余热锅炉AQCHRSG回转窑CementKiln（2）设计理念1.项目研发背景有机介质余热发电系统的排烟温度降低到85℃左右。（2）设计理念1.项目研发背景1.项目研发背景2.技术方案介绍3.关键技术处理4.技术支撑应用提纲（1）火电厂烟气深度冷却器技术方案烟气回转式空气预热器干灰静电除尘器烟气冷却器脱硫塔石灰石冷却塔发电机石膏干灰干灰烟气2.技术方案介绍（1）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案1）节能、脱硫增效综合技术方案2.技术方案介绍（2）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案2）节能、除尘增效、脱硫增效综合技术方案2.技术方案介绍国外，燃煤电站选用电除尘器居多。主要依靠5类技术实现更低排放（30mg/m3）。1）烟气深度冷却除尘增效技术：可以达到30mg/m3的标准，与WFGD配套时，可小于10mg/m3。2）移动电极式电除尘技术3）电袋技术（一体式，分体式）4）烟气调质（SO3、NH3、SO3+NH3双重调质）5）颗粒聚合技术（≤20mg/m3）2.技术方案介绍（2）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案2）节能、除尘增效、脱硫增效综合技术方案（2）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案3）除尘增效、脱硫增效、烟囱防腐蚀综合技术方案2.技术方案介绍（2）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案4）脱硫增效、烟囱防腐蚀综合技术方案2.技术方案介绍1）布置于增压风机之后12345678（3）烟气深度冷却节能技术方案2.技术方案介绍123456782）布置于增压风机前2.技术方案介绍（3）烟气深度冷却节能技术方案1234678953）布置于增压风机前后2.技术方案介绍（3）烟气深度冷却节能技术方案1235678944）布置于静电除尘器前后2.技术方案介绍（3）烟气深度冷却节能技术方案1）水平烟道布置（4）本体布置方案2.技术方案介绍2）垂直烟道布置（4）本体布置方案2.技术方案介绍（5）管束结构方案高温烟气低温烟气烟气冷却器俯视图高频焊螺旋翅片管1）螺旋翅片管（1）2.技术方案介绍2）螺旋翅片管（2）2.技术方案介绍螺旋翅片管生产效率高，抗磨性能不及H型翅片（5）管束结构方案（5）管束结构方案高温烟气低温烟气烟气冷却器俯视图电阻焊H型或双H型翅片管2）H型或双H型翅片管（2）2.技术方案介绍生产效率低，具有较好的自清灰功能，耐磨性强（5）管束结构方案2）H型或双H型翅片管（2）2.技术方案介绍双H型翅片管刚性大，适合大尺寸换热器（5）管束结构方案2）H型或双H型翅片管（2）2.技术方案介绍模片化拼装，方便维修（5）管束结构方案高温烟气低温烟气电阻焊针形管3）针翅管（3）2.技术方案介绍3）针翅管（3）生产效率低下，自清灰性好，抗沾污性强（5）管束结构方案2.技术方案介绍模片化拼装，方便维修3）针翅管（3）（5）管束结构方案2.技术方案介绍1.项目研发背景2.技术方案介绍3.关键技术处理4.技术支撑应用提纲3.关键技术处理形成了具有自主知识产权的火电厂烟气深度冷却增效减排关键技术、完成依托工程建设烟气冷却器设计技术烟气冷却器系统优化软件积灰特性研究（1）技术路线烟气冷却器外部工作特性研究回热系统优化通流结构数值模拟换热面传热、阻力特性研究低温腐蚀研究磨损特性研究研究内容火电厂烟气深度冷却器关键技术专题1烟气冷却器外部工作特性研究专题2烟气冷却器回热系统优化分析专题3通流结构数值模拟及结构优化专题4烟气冷却器传热和阻力特性研究专题5烟气深度冷却器结构和热工设计技术专题6烟气冷却器设计软件的开发3.关键技术处理（2）关键技术3.关键技术处理（3）烟气冷却器外部工作特性灰特性、积灰防控技术低温腐蚀防控技术磨损防控技术3.关键技术处理（4）积灰防控技术1）优化设计防治积灰2）运行中选择恰当清灰技术3）停炉时选取水清洗除灰。1）优化设计防治积灰①布置在除尘器之后，烟气中99.9%灰分被分离；②根据灰成分预测灰的粘污系数指导设计；③选择合理管型、烟气流速，减轻积灰；④避免硫酸结露引起灰在管壁上的粘结；⑤优化横向节距和纵向节距，改善自清灰；3.关键技术处理（4）积灰防控技术3.关键技术处理（4）积灰防控技术2）运行中选择恰当清灰技术①根据灰的粘污性选择清灰技术；②根据清灰技术特点选择清灰技术；③由于金属壁温低于酸露点，管壁上灰具有粘结性；④除尘器之后的灰粒子很细，具有一定吸附能力；⑤非冷凝受热面可以选用燃气脉冲和压缩空气吹灰；⑥冷凝受热面可以选择蒸汽吹灰和燃气脉冲；3.关键技术处理（4）积灰防控技术3）停炉时选取水清洗除灰。①由于金属壁温低于酸露点，②硫酸结露使灰具有粘结性；③长时间运行会形成灰增量沉积；④停炉时用水冲洗可以试积灰得到彻底的清除。3.关键技术处理（5）磨损防控技术①烟气中99.9%灰分被分离，磨损大大减弱；②H型翅片管自身具有抑制贴壁磨损的功能；③烟气进、出口和受热面组织均匀烟气流场④优化横向节距和纵向节距，避免尾迹磨损；⑤选取合适的烟速，降低受热面磨损；3.关键技术处理（6）低温腐蚀防控技术①正确理解硫酸结露的机理；②排烟温度高于酸露点温度，避免形成H2SO4酸雾；③选择抗腐蚀能力强的的材料作为传热管；④调节进口水温控制传热管金属壁温；⑤非传热管采取有效涂敷措施。3.关键技术处理（6）低温腐蚀防控技术酸沉积率腐蚀速率金属壁面温度（℃）①正确理解硫酸结露的机理；②排烟温度高于酸露点温度，避免形成H2SO4酸雾；3.关键技术处理（6）低温腐蚀防控技术③选择抗腐蚀能力强的的材料作为传热管；元素CSiMnPSCrCuSbNi/Ti10CrCuSbTi0.100.410.610.0120.0011.010.350.06/0.0409CrCuSb0.090.350.520.0120.0130.880.360.060.05元素CSiMnPSCrNiMo20G0.200.270.500.0250.015≤0.25≤0.25≤0.20TP316L0.030.551.400.0370.00618.210.282.07Cor-Ten和ND钢碳钢和不锈钢对比（7）电厂方案的关键参数设计1）项目目的3.关键技术处理本次投标为1台1000MW超超临界机组的烟气综合优化系统包括烟气热量回收装置（两级）、凝结水管道及阀门、吹灰器。第一级烟气热量回收装置布置在除尘器进口；第二级烟气热量回收装置布置在脱硫塔进口。凝结水的来源有两种运行方式：运行方式一：凝结水由＃6低加进口引出，经过两级加热后回＃6低加出口；运行方式二：凝结水由＃7低加进口引出，经过两级加热后回＃6低加进口。（7）电厂方案的关键参数设计1）项目目的3.关键技术处理123567894每台机组设一套烟气热量回收装置，本工程共1套（6台一级装置＋1台二级装置）。3.关键技术处理（7）电厂方案的关键参数设计2）煤质及酸露点煤质分析单位设计煤种校核煤种收到基全水份Mar%1210.45(重量比)固有水份Minh%8.492.85干燥无灰基挥发份Vdaf(可燃基)%36.4428.00收到基灰份Aar%1325.09收到基低位发热值Qnet.arkJ/kg2276020348收到基氢Har%3.623.06收到基碳Car%60.3353.41收到基硫Sar%0.410.63收到基氮Nar%0.700.72收到基氧Oar%9.946.64将表1中的数据代入式（1）可得设计/校核煤种的酸露点为88.8/90.38℃，水露点为41.25/40.6℃。2）煤质及酸露点3.关键技术处理（7）电厂方案的关键参数设计zsfh05.13zs0ldldAStt3.关键技术处理（7）电厂方案的关键参数设计3）灰质及沾污系数灰成分二氧化硅SiO2％34.4043.447.46三氧化二铝Al2O3％15.074533.51三氧化二铁Fe2O3％15.1834.36氧化钙CaO％19.463.75.10氧化镁MgO％1.120.40.99氧化钠Na2O％0.220.60.56氧化钾K2O％0.820.80.31二氧化钛TiO2％0.241.21.16三氧化硫SO3％12.431.54.78二氧化锰MnO2％0.1700.050.0623.关键技术处理（7）电厂方案的关键参数设计3）灰质及沾污系数这是国内通用的灰的沾污系数计算公式但是该公式并没有突出Na2O低熔点物质的影响。通过实验和现场研究，我们提出了修正公式。3.关键技术处理（7）某电厂方案的关键参数设计4）余热回收装置热力特性项目名称单位第一级（单台）工况一第一级（单台）工况二第二级（单台）工况一第二级（单台）工况二锅炉总风量kg/s184.52184.521107.131107.13烟气进口温度℃1231