火电机组低低温高效烟气处理技术研究及其应用分析

赵 华，宁玉琴，蒋 文，孙少鹏，朱文中，胡 清

(1.苏州望亭发电厂，江苏 苏州 215155；2.华电电力科学研究院，杭州 310030；3.杭州华电能源工程有限公司，杭州 310030)

火电机组低低温高效烟气处理技术研究及其应用分析

赵 华1，宁玉琴2,3，蒋 文2,3，孙少鹏2,3，朱文中2,3，胡 清2,3

(1.苏州望亭发电厂，江苏 苏州 215155；2.华电电力科学研究院，杭州 310030；3.杭州华电能源工程有限公司，杭州 310030)

为积极响应更严格的能效环保要求，加快燃煤发电升级与改造，文中对火电机组低低温高效烟气处理技术的技术原理、特点及系统结构布置作了归纳阐述，提炼总结了该系统关键技术问题并提出解决措施，论述了该技术的国内外应用现状并对应用情况进行分析。研究发现，低低温高效烟气处理技术节能减排效果明显，在国内低硫份燃煤电站具有十分广阔应用前景。

低低温高效烟气处理；环保工艺；除尘；脱硫

0 引 言

目前，人们的节能环保意识逐渐加强，国家对各行各业的节能环保要求越来越严格。在2014年，三部委为了深刻贯彻落实《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》，制定出《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》[1]，计划中明确提出：到2020年，其中现役600 MW及以上机组(除空冷机组外)改造后平均供电煤耗低于300 g/(kW·h)。东部地区现役300 MW瓦及以上公用燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。加快燃煤发电升级与改造，进一步提升煤电高效清洁发展水平已成为唯一出路，这对于节能环保行业来说，既是挑战更是机遇。

低低温高效烟气处理技术，集节能与环保为一体，在控制火电机组污染物排放的同时也降低了机组的能耗，节能减排效果明显，对于现役火力发电机组而言，该技术是实现节能减排的必然之举。低低温高效烟气处理技术由日本三菱公司开发并率先推广，随后在日本得到了迅速的发展[2]。

1 低低温高效烟气处理技术的技术原理、特点及系统结构布置

低低温高效烟气处理技术是将热交换器和电除尘器耦合应用的技术，可以细分为低低温电除尘技术和MGGH技术。低低温电除尘技术为单级布置结构，即热回收器+电除尘器；MGGH技术为双级布置结构，即热回收器+电除尘器+烟气再热器布置结构[3]。

1.1 低低温高效烟气处理技术的工艺原理

低低温高效烟气处理技术两种工艺流程如图

1和图2。图1所示为低低温电除尘技术，热回收器布置在空气预热器后、电除尘器前的水平或竖直烟道内，也可布置在电除尘烟箱内；通过热回收器，将除尘器前的烟气温度从低温状态(120～130 ℃)降到低低温状态(90～110 ℃)；低低温电除尘技术烟气余热用来加热凝结水或冬季热网水。图2所示为MGGH技术，是一种通过热媒水进行烟气回收利用的闭式循环系统；其中热回收器布置与低低温电除尘相同，布置在空气预热器与电除尘器之间，将烟气温度降到低低温状态；烟气再热器布置脱硫塔与烟囱之间，用来加热脱硫后净烟气，使脱硫塔后净烟气温度从50 ℃左右升高到80 ℃以上。低低温高效烟气处理技术使除尘器前的烟温降低至酸露点附近或以下低低温状态，烟气中的SO3与水蒸气结合，生成硫酸雾，被飞灰颗粒吸附，然后被电除尘器捕捉随飞灰排出，不仅解决了常规电除尘器对高比电阻粉尘除尘效率低的问题，而且还可以去除烟气中大部分的SO3，解决下游设备的防腐蚀难题，并实现了系统的最优化布置。

图2 MGGH技术工艺流程图

1.2 低低温高效烟气处理技术的技术特点

(1)节约煤耗。低低温电除尘技术烟气余热用来加热凝结水，可提高机组效率，节约发电煤耗。

(2)提高除尘效率。由于进入电除尘器的烟气温度降低，烟气体积减小，烟气流速降低，烟气比电阻减小，因而提高了除尘效率。

(3)去除绝大部分SO3。国内湿法脱硫设备对SO3的脱除效率一般为30%左右，而采用低低温高效烟气处理技术，灰硫比大于100时，烟气中的SO3去除率可达95%以上，SO3浓度将低于2.86 mg/m3[4-5]，改善了下游设备的工作环境。

(4)无泄漏，积灰易于清理。MGGH技术通过热媒管式换热器来完成热量的传递，不存在泄露问题，且布置灵活，可控性好。

1.3 低低温高效烟气处理技术的系统结构布置

低低温高效烟气处理系统涉及的主体结构包括换热器和电除尘器两部分，MGGH技术系统结构布置比低低温电除尘结构布置复杂，图3为MGGH技术烟气换热系统结构布置，由热回收器、电除尘器、烟气再热器、循环泵、蒸汽加热器、热媒水膨胀罐、热媒水旁路等设备构成。

图3 MGGH技术烟气换热系统结构布置图

热回收器和烟气再热器分别布置在除尘器前烟道和脱硫塔后烟道内。热回收器将排烟温度降至除尘效率最佳的90～110 ℃左右；烟气再热器将脱硫后净烟气从50 ℃饱和烟气加热至80 ℃以上。烟气降温以后，烟气特性发生变化，需对电除尘器作出相应配置与调整来保证除尘效率。增压加热器布置在烟气再热器热媒水进口管道上，系统启动或再热器出口烟温不达标时，启用增压加热器加热闭式热媒水，调节入口热媒水温度。增压加热器热源取自蒸汽。热媒水旁路，连接热媒水进、出口管道，根据热回收器出口烟温调节热媒水旁路阀门，进而保证热回收器出口烟温到达降温要求。

2 低低温高效烟气处理技术关键技术问题及解决措施

由于低低温高效烟气处理系统烟气温度处于酸露点以下，烟气特性发生了很大变化，其关键技术问题主要表现在换热器降温升温系统改造、烟气流场均布改造、电除尘器升级改造以及控制系统设计。

(1)换热器降温、升温系统改造。热回收器和烟气再热器壁面温度长期处于烟气酸露点以下，需采用抗腐蚀性强的换热管材质。目前国内外常用防腐材料为ND钢，但是烟气再热器运行温度更低，ND钢往往不能满足技术要求，因此，国内已有的做法是热回收器全部采用ND钢，烟气再热器分模块布置，模块依据温度从高到低，依次选用防腐性能更优的材质，例如316L，2205、SUS444等。德国已有采用氟塑料管作为换热元件的成功案例，这为国内的低低温烟气处理技术起到了很好的借鉴作用。

(2)烟气降温以后，烟气特性发生变化，需对电除尘器作出相应配置与调整。烟气特性变化主要表现在[7-8]：①烟尘比电阻降低，粉尘荷电性能提高；②烟气体积流量降低，电场风速降低；③单位烟气体积中粉尘质量浓度提高；④烟气中颗粒及气体分子热运动能力减弱，气体分子之间黏滞性变小，荷电粉尘驱进速度变快；⑤烟气击穿电压提高等。

电除尘器常用的调整技术包括：①高频电源技术，在前级电场应用高频电源可以解决烟气质量浓度提高后可能出现的电晕封闭问题；②移动电极技术，将后级电场改为移动电极电场，避免反电晕现象并最大限度地减少二次扬尘，增加粉尘驱进速度，提高除尘效率。③预防灰斗堵塞和漏风，由于烟温降低，为防止因灰流动性变差而引起的灰斗堵塞，需增加卸灰角，加强灰斗外壁保温，同时在下部利用蒸汽加热器或电加热器作为辅助恒温措施。

(3)烟气流场均布改造。由于气流分布和阻力发生变化，需增设气流均布装置实现更加合理的气体流场，保证除尘器性能。

3 低低温高效烟气处理技术国内外技术应用现状

3.1 国外应用现状

目前该技术已成功应用于日本的多台机组，而在欧美国家应用尚少。表1为日本低低温高效烟气处理技术的部分工程应用结果[4-5]。

表1 日本低低温高效烟气处理技术部分工程应用

3.2 国内应用现状

国内节能环保行业从2010年开始逐步加大了对低低温高效烟气处理技术的研究及推广力度，通过对国外经验的借鉴与改进，已开展了不少成功案例。表2为国内低低温高效烟气处理技术部分工程应用结果。

表2 国内低低温高效烟气处理技术部分工程应用

3.3 国内外应用现状分析

从国内现役燃煤电厂锅炉系统工艺流程来看，锅炉排烟温度大部分在 120～170 ℃，在此温度范围内粉尘的比电阻较高，影响了电除尘器的除尘性能。从这方面来讲，低低温高效烟气处理技术在国内具有十分广阔的应用前景。但是，由于该技术换热器中的烟温降低至酸露点以下，大部分SO3将在换热器内发生冷凝，因此，关于烟气温度低于酸露点是否会引起腐蚀的问题成为该技术应用前必须要慎重考虑的关键问题。不论是日本还是美国的研究均指出，当灰硫比在50～100可避免腐蚀，若采用含硫量更高的燃煤时，为避免腐蚀，灰硫比应大于200。国外电厂燃用煤种通常为低硫煤，使得该技术在国外现役机组上的应用局限性大大降低。但是，国内不同地区机组的燃用煤质差异很大，甚至某些电厂在不同时段燃用的煤质变化性也很大，而且不少地区的机组常用煤种属于高硫份的劣质煤，那么要应用低低温高效烟气处理技术，煤种的灰硫比大于100便成为了必要前提条件。

4 结束语

(1)低低温高效烟气处理技术将除尘器前烟温降至酸露点附近或以下低低温状态，不仅能回收废热、提高机组经济性，满足节能要求；还能减小脱硫耗水，节约水资源；更能有效降低机组粉尘及污染物排放浓度，满足环保需要。

(2)要充分考虑降温后烟气性质发生的变化对系统的影响。特别是换热器材料的选择以及电除尘相应的配置与调整。此外，要采取适当措施减小由这项技术带来的二次扬尘增加的幅度，目前的移动电极改造或离线振打技术很好地解决了这一问题。

(3)这项技术在国外已有不少成功案例，应用结果得到同行的普遍认可，国内应用前景十分广阔。

(4)由于国内不同地区燃用煤种差异性很大，特别是不少电厂常用燃煤为高硫煤等劣质煤，在应用低低温高效烟气处理技术前，需充分考虑煤种的灰硫比。

[1] 国家发展改革委,环境保护部,国家能源局.煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年):1-2.

[2] 郦建国,龙 辉,郦祝海,等.低低温电除尘技术研究及应用[C].第15届中国电除尘学术会议论文集,2013:17-26.

[3] 张 鹏,杨 雷.低低温高效电除尘器技术的组合应用[C].第15届中国电除尘学术会议论文集,2013:405-409.

[4] 龙 辉,王 盾,钱秋裕.低低温烟气处理系统在1 000 MW超超临界机组中的应用探讨[J].电力建设,2010,31(2):70-73.

[5] 崔占忠,龙 辉,龙正伟,等.低低温高效烟气处理技术特点及其在中国的应用前景[J].动力工程学报,2012,32(2):152-158.

[6] 郭士义,丁承刚.低低温电除尘器的应用及前景[J].装备机械,2011:69-73.

[7] 廖增安.燃煤电厂余热利用低低温电除尘技术研究与开发[J].应用技术,2013:39-44.

[8] 李春萱,黄淑芳,杨 征,等.气气换热器在湿法脱硫中的新应用[J].热力发电,2006(07):60-62.

[9] 龙远生.余热利用低低温电除尘技术在燃煤电厂的应用[J].技术与工程应用,2013:29-31.9

Research of Lower Temperature High Efficiency Flue Gas Treatment System and its Application Analysis of Coal-fired Power Plant

ZHAO Hua1, NING Yu-qin2,3, JIANG Wen2,3, SUN Shao-peng2,3, ZHU Wen-Zhong2,3, HU Qing2,3

(1．SuZhou WangTing Power Plants, Suzhou 215155, Jiangsu Province, China;2. Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China;3. Hangzhou Huadian Energy Engineering Institute, Hangzhou 310030, China)

In order to actively respond to more stringent environmental protection requirements of energy efficiency, and to speed up the transformation and upgrading of coal-fired power generation, summarized the technology principle, features and structure arrangement of lower temperature high efficiency flue gas treatment system, refined the key technical problems and put forward solutions, discussed the application status at home and abroad, discussed the application situation at home and abroad and analyzed the application of this technology. The study found that energy conservation and emissions reduction effect of lower temperature high efficiency flue gas treatment system was obvious, and this system had the very broad application prospect in low sulfur coal power plant in the domestic.

Lower temperature high efficiency flue gas treatment system; Environmental protection technology; Dust removal; Desulfurization

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.11.006

2015-10-09

2015-10-21

赵华(1969-)，男，上海华电电力发展有限公司望亭发电厂生产技术部锅炉专工，长期从事锅炉运行及节能减排技术研究。

TK

B

1009-3230(2015)11-0016-05