低低温烟气处理系统在1000 MW超超临界机组中的应用探讨

龙 辉，王 盾，钱秋裕

（1.中国电力工程顾问集团公司，北京市，100120;2.国核电力规划设计研究院，北京市，100094）

0 引言

根据GB13223—2003《火电厂大气污染物排放标准》，我国火电机组的粉尘排放质量浓度控制标准从200 mg/m3降为50 mg/m3，SO2排放质量浓度控制标准降为400 mg/m3。目前，国家环境保护部正着手对GB 13223进行修改，以进一步提高我国火电机组环保排放控制标准。因此，采用何种工艺路线满足国家环保排放控制标准不断发展的要求，将成为电厂和设计咨询等单位应考虑的课题[1-10]。

低低温烟气处理系统（Mitsubishi recirculated nonleak type gas-gas heater，MGGH）具有高效的环保性能，已在日本应用于多台火电机组中。本文拟就MGGH在我国1000 MW超超临界机组中的应用进行探讨，期望能进一步降低我国超超临界机组污染物的排放量。

1 MGGH发展概况

日本一些地方环保排放控制综合要求不断提高，促使MGGH在日本诞生并得到飞速发展。在电除尘器+湿法烟气脱硫工艺（单一除尘、脱硫工艺）的基础上，日本三菱公司开发了采用无泄漏管式水媒体加热器的湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺。在该工艺系统中，原烟气加热水后，用加热后的水加热脱硫后的净烟气。当锅炉燃烧低硫煤时，该工艺具有无泄漏，没有温度及干、湿烟气的反复变换，不易堵塞的优点；当锅炉燃烧高硫煤时，SO3引起的酸腐蚀问题比较严重。为适应日本环保排放控制标准的不断提高，同时解决SO3引起的酸腐蚀问题，日本三菱公司于1997年开始研究将MGGH移至空气预热器后、除尘器前的布置方案。

2 MGGH工艺原理

MGGH工艺流程及系统构造如图1、2所示。在锅炉空气预热器后设置MGGH，使进入除尘器的烟气温度降低，提高烟气处理性能。脱硫装置出口设置MGGH，通过热媒水密闭循环流动，将从降温换热器获得的热量去加热脱硫后净烟气，使其温度从50℃左右升高到80℃以上。通过这种除尘+湿法烟气脱硫工艺达到高效除尘、脱硫的效果，使烟囱入口粉尘排放质量浓度大大降低。按此流程，烟气经过MGGH后，温度从120～130℃降到90℃左右，烟气中的SO3与水蒸气结合，生成硫酸雾，此时由于未采取除尘措施，SO3被飞灰颗粒吸附，然后被电除尘器捕捉后随飞灰排出，不仅保证了更高的除尘效率，还解决了下游设备的防腐蚀难题，并实现了系统的最优化布置。我国的华能珞璜电厂一、二期烟气脱硫工艺采用了MGGH，其工艺流程见图3。

3 MGGH工艺特点

采用MGGH后，烟气系统的运行温度变成了90℃，低于正常运行的120℃以上烟气温度；粉尘的比电阻降低，从而使得对几乎所有种类的煤而言，MGGH的除尘性能都可以得到提高。由于烟气温度降低，烟气体积减少，所以MGGH体积可以减小，采用三电场除尘器能够达到五电场除尘器的效率。

与传统的除尘+湿法烟气脱硫环保工艺相比，采用MGGH的脱硫工艺特点为：（1）降低电耗和运行费用。MGGH入口烟气温度由130℃左右降低到90℃左右后，实际烟气流量大大减少，这不仅对MGGH有利，而且也有利于吸风机和增压风机。降温换热器增加的阻力由吸风机克服，对吸风机而言，虽然压头增大了，但处理烟气流量减少，电耗基本持平。对脱硫风机而言，由于处理烟气流量减少了，电耗将会下降。因此，从总体上来说，电耗降低了。（2）可以除去绝大部分SO3，并能提高除尘器效率。在该系统的除尘装置中，烟气温度已降低到露点以下，而烟气含尘质量浓度却很高，因而总表面积很大，为硫酸雾的凝结附着提供了良好的条件。通常情况下，灰硫比大于100时，烟气中的SO3去除率可达到95%以上，SO3质量浓度将低于2.86 mg/m3。另外，烟气脱硫系统（FGD）入口烟气含尘量的降低还有利于石膏质量的提高。因此，MGGH对煤种适应性强，能提高除尘性能，改善湿烟囱工作环境。（3）在系统内部设置挡板，通过内部挡板连动形成不带电打击方式，来防止粉尘的飘散。另外，在MGGH入口设置散布钢球装置来保证管式换热器管表面的清洁。（4）解决了湿法脱硫工艺中SO3腐蚀的难题，具有良好的经济效益。由于高质量浓度粉尘对SO3具有包裹作用，烟气中的绝大部分SO3分子通过除尘器被除掉，然后通过除灰系统带走，因此烟气系统不容易出现低温腐蚀现象。运用该工艺基本不用专门考虑SO3的腐蚀问题，同时又能充分发挥烟气加热器（GGH）的作用，把烟气加热到足够的温度水平，满足环保排放的要求。（5）可以实现最优化的系统布置。目前几乎所有的系统设计都是将脱硫增压风机放在脱硫塔之前，主要是考虑风机的工作条件，即磨损、腐蚀等问题。采用防腐MGGH工艺，就有条件不受场地布置的限制，把脱硫风机放在吸收塔之后，提高系统的可用率；另外，吸收塔和升温换热器等工作在负压状态下，可降低结构和密封的要求，同时降低约5%的能耗。（6）采用MGGH工艺所产生的灰可再利用。（7）无泄漏，能有效利用回收的热量。该工艺采用管式烟气加热器，无泄漏，同时回收的热量可用于烟气再热系统、烟气余热回收加热凝结水系统、采暖供热系统。

4 MGGH在日本火电机组中的应用情况

目前，MGGH已应用于9台机组，如表1所示。以日本Hirono 5号电厂、Tachibanawan电厂为例说明主要技术经济指标情况，见表2、3。

表1 MGGH工程应用情况Tab.1 Engineering experience list for lower temperature high efficiency flue gas treatment system

表2 Hirono 5号电厂保证值和考核试验结果（1×600 MW机组）Tab.2 Hirono power plant NO.5 unit guarantee value&examination result(1×600 MW unit)

表3 Tachibanawan电厂保证值和考核试验结果（1×1050 MW机组）Tab.3 Tachibanawan power plant guarantee value&examination result(1×1050 MW unit)

Hirono 5号电厂和Tachibanawan电厂的实践证明，采用MGGH后，烟气温度降低，烟气体积变小，烟速降低，同时烟尘比电阻也有所减小，因而除尘效率有所提高。电厂采用三电场除尘器代替五电场除尘器，除尘器出口粉尘质量浓度控制在30 mg/m3以下，烟囱入口粉尘质量浓度在5 mg/m3以下；因大量的SO3被脱除，烟囱入口SO3低于 2.86 mg/m3。

5 MGGH工艺与传统除尘+脱硫工艺的比较

5.1 工艺比较

日本电厂燃用的煤种具有商品化（海外采购）和专一性（燃用设计煤质）特性，因此MGGH在日本火电机组中的应用效果十分理想。在系统设计时，三菱公司曾考虑在降温换热器入口设置1套钢球清灰防结垢系统，但在实际运行中未进行过设置。我国地域广阔，不同地区煤种发热值、灰分和硫分千差万别，且电厂燃用煤质和设计煤质差别较大。为使MGGH应用达到与在日本应用比较接近的效果，故选用燃用来煤相对可控，燃烧高热值，中、低硫煤，灰分中等的沿海电厂为比较对象，对其2×1000 MW机组采用MGGH的脱硫工艺与采用传统四电场电除尘器+湿法烟气脱硫工艺的进行技术经济指标比较，结果如表4所示。

由表4可以得出：（1）与传统的除尘、脱硫工艺相比，采用MGGH后的工艺综合环保性能有较大提高，粉尘排放质量浓度控制在30 mg/m3以下，SOx排放质量浓度控制在2.86 mg/m3以下。（2）与传统的除尘、脱硫工艺相比，采用MGGH后的工艺综合能耗有较大降低。

与传统的电除尘器+湿法烟气脱硫工艺（带GGH）相比，采用MGGH的工艺在除尘效率提高的情况下，炉后综合厂用电率降低0.286%，每年可节约电量3146万kW·h（按年利用小时5500 h计算）。由此可见，MGGH具有较好的运行经济性。

5.2 投资及运行费用比较

以国内某2×1000 MW机组为例，对采用MGGH工艺和传统除尘+脱硫工艺的投资及运行费用进行比较，结果如表5、6。

5.3 小结

与传统的除尘+湿法烟气脱硫工艺比，MGGH工艺可降低烟气换热器、增压风机、烟道防腐等费用，可减少设备及材料投资约720万元，减少年运行费用1887.6万元。

表4 采用MGGH的脱硫工艺与传统工艺技术经济指标比较Tab.4 Compared with the technical and economical indexes in lower temperature high efficiency flue gas treatment system and tradition process

表5 投资费用比较Tab.5 Compared with investment cost in two different flue gas treatment process

表6 运行费用比较Tab.6 Compared with operation cost in two different flue gas treatment process

6 结论

（1）MGGH具有烟气温度低、除尘效率高、SO3脱除率高达95%、电厂年运行费用低、运行可靠性高等特点，在国外已有多台大机组的应用业绩，因此，在我国1000 MW超超临界燃煤机组中采用MGGH是可靠的。

（2）我国近年来新上火电机组大多为1000 MW机组。从设计选择的煤质分析，这些机组均设计采用燃烧中、高热值，灰分中等，硫分均不高（低于1%）的煤，适合MGGH烟气脱硫工艺的应用。

（3）目前，MGGH在我国1000 MW超超临界机组中没有实际应用业绩，但具有广阔的应用前景。目前国内火电机组考虑综合环保工艺路线仍比较单一，单纯的除尘+脱硫工艺路线满足不了未来环保标准发展变化的要求，且达不到节能减排的综合效果。建议政府主管部门尽快推动将MGGH烟气脱硫工艺应用到我国大型火电机组中，可首先在燃中、高热值，灰分中等，低硫煤及供煤可靠地区，建设1个1000 MW超超临界机组示范工程，为进一步的推广应用积累建设和运行经验。

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