MGGH+烟气冷凝的技术路线烟羽治理工程

文_薛天龙 上海龙净环保科技工程有限公司

1 概述及烟羽治理总体方案

燃煤电厂机组的烟气从烟囱出口排出后烟温会快速降低，而且烟气携带的部分水滴又会快速凝结大量的饱和水蒸气，从而形成白色烟羽，特别是在春冬季节，烟羽现象尤为明显。因此，通过开展烟羽深度治理，降低烟气含湿量和排放温度，减少排放后烟气可溶性盐、硫酸雾滴、有害物质等微小颗粒物的排放，降低对电厂周围环境的影响，对保证燃煤电厂的持续有序发展较为重要。

唐山市环境保护局古冶分局2018年3月19日下发《关于古冶区重点行业企业实施治理的通知》，其文件要求燃煤电厂烟气采取烟温及其他有效措施，基本消除有色烟羽现象。唐山开滦协鑫发电有限公司3#、4#机组烟羽治理改造工程采用MGGH低温省煤器改造+冷凝的技术路线进行烟气“消白”改造，采用整体设计，分两步实施的总体改造策略，即第一步先加装冷凝装置及其配套循环冷却水系统并对现有低温省煤器进行改造，以满足地方政府的改造要求，预留烟气加热器位置；第二步后续根据“消白”环保政策和验收标准的情况，有明确文件要求时再对烟气加热器进行改造，本次增设烟气加热器方案暂不实施。

2 低温省煤器改造+冷凝的技术路线系统布置

按《开滦协鑫发电有限公司3、4号机组烟羽治理改造工程》厂区总平面布置图、火电工程施工组织设计导则、工程施工要求及现场实际情况，本次烟羽治理改造利用引风机出口至吸收塔入口、湿式电除尘出口至烟囱入口之间的烟道及空地进行设备布置， 方案的布置图如图1、图2所示，图1中左侧为改造后的烟道，右侧为改造前烟道。

图1 换热器平面布置图

图2 冷凝换热器立面布置图

3 MGGH低温省煤器技术工艺流程

MGGH低温省煤器系统有板式换热器、闭式循环水泵、低温省煤器、废水泵、补水泵及新增阀门管道、仪表等设备组成，其换热形式为烟气-水换热器。其主要功能为回收烟气余热、降低吸收塔入口烟温、减少吸收塔蒸发水量、降低吸收塔出口温度和含水量，可作为一级“消白”装置。其主要特点：系统能耗主要为循环泵的能耗，无其他能耗，能耗低；克服传统GGH易堵塞和SO2泄露等问题；在系统正常投运之后，整个系统无需复杂的操作过程，操作简便；通过再热器进行烟气加热，提升烟气的排烟温度，烟气处于过热状态，烟囱的防腐工程量少；降低脱硫塔前的烟气温度，降低脱硫系统的水耗；利用冷却器降低脱硫塔入口的烟气温度，提高脱硫效率。

开滦电厂引风机出口正常烟气温度为120～140℃，夏季最高可达150℃。现有低温省煤器入口设计烟温为148℃，出口烟温115℃。本次低温省煤器改造采用氟塑料换热器，配套水冲洗系统，能够有效溶解清除换热器表面的可溶解性沉积物，改造后入口设计烟温148℃，出口设计烟温88℃，充分降低脱硫系统烟气蒸发量，并回收烟气中余热，有效降低烟气冷凝系统的投资；低温省煤器水侧设计与凝结水进行并联布置，低温省煤器换热器入口水温70℃，出口水温105℃。

氟塑料材质的低温省煤器的特点：①氟塑料材质的低温省煤器进口凝结水温控制不受限制，不易造成低温酸露腐蚀；另脱硝SNCR系统存在氨逃逸，不易造成烟气冷却器换热元件上尿素结晶。②氟塑料承压低，需增加板式换热器、热媒循环泵等，配套连续加药、排污、补水，系统。③耐腐蚀性极强，化学性能稳定，对多大部分溶剂和化学品呈惰性，且300℃以下基本上没有一种化合物或溶剂可以溶解它，在大多数恶劣的工作环境中保持性能稳定。④耐磨损性能优异，氟塑料换热管本身耐磨损性能非常优异，同时在设计氟塑料烟气余热回收换热器时选取低阻力、低磨损的烟气流速，大大减少了烟气对氟塑料换热器管束的磨损。⑤较低阻力，氟塑料本身摩擦系数小、表面光滑，对烟气的阻力小；设计时考虑氟塑料换热器本身对烟气本身的阻力，采用最优化的结构形式。⑥运行寿命长，氟塑料换热管材料中没有光敏基因，非常耐老化，具有塑料中最好的老化寿命，且非常耐磨，不容易堵灰，氟塑料换热器在机组正常运行情况下可使用20a。

改造后的氟塑料换热器白色烟羽消除系统如图3所示。

图3 低温省煤器为氟塑料换热器白色烟羽消除系统图

4 烟气冷凝系统技术工艺流程

本次烟羽治理采用非直接冷凝换热技术，由烟气冷凝器，除雾器，机力通风塔和循环冷却水等系统组成。其主要原理为利用在脱硫出口烟道安装烟气冷凝装置，闭式循环泵系统中冷却水被烟气冷凝换热器加热后，通过机力通风塔系统将冷却水降温，之后再次循环进入烟气换热器系统中，通过冷凝器将吸收塔出口湿饱和烟气由51.5℃降低至45/48℃（冬季/夏季），含湿量分别达到8.5%/10.4%（冬季/夏季），到达唐山市环境保护局古冶分局的要求。

将现有WESP（湿式电除尘）出口的烟道旋转90°，新的净烟道在原烟道上方布置，经过两个90°弯头后进入烟囱。改造后湿式电除尘出口水平烟道内增加钛合金换热器，用于将吸收塔出口湿饱和烟气从51.5℃冷凝到48℃/45℃（夏季/冬季），含湿量分别降至10.4%/9.5%（夏季/冬季）。通过循环冷却水将热量带出，输送到机力通风冷却塔，热量通过通风冷却塔排出。同时配套建设2200t/h循环水系统，循环水入口温度为34℃/23℃（冬/夏），两台机组设计公用循环水系统，设置三台循环循环水泵和三台机力通风塔，运行期间相互切换，并留有备用设备，提高系统的可靠性。烟气冷凝器按模块化设计，为便于换热器的安装和日后的维修，每台机组烟气冷凝器并联模块数不低于4组，某一模块故障情况下可实现手动隔离，不影响其他模块的正常运行。

此方案的优点：①换热效率较高，整体空间较小，改造的烟道面积较小，后续满足增加烟气加热器布置位置，无需对CEMS测点进行移位改造。②在烟道中布置烟气冷凝器，不影响脱硫塔的水平衡，对脱硫系统的干预较小，能够保持脱硫系统的正常运行。③烟气冷凝水单独收集，后续处理、适用于机组的多个系统，使用方便，减少脱硫废水系统运行负担，新增加冷凝水简单收集系统，处理后系统再利用。④进一步回收烟气中的SO3气溶胶、重金属、可溶性盐类、粉尘，可协同脱除多种污染物；通过烟气冷凝系统，将烟气中的水分析出，作为电厂其他设备的补给水，降低水耗，同时降低烟气的含水率。⑤冷却水与烟气不接触，不影响冷却水的水质，无需对冷却水进行处理；烟气中冷凝下来的水分，通过烟道收集，收集的水质较干净，可不做处理或者简单处理（加碱中和）之后作为电厂的补给水。

改造后的烟气冷凝系统如图4所示。

图4 烟气冷凝白色烟羽消除系统图

5 其他辅助设备技术工艺流程

5.1 高效烟道除雾器系统

在烟气冷凝器后设置高效烟道除雾器，用于回收烟气冷凝水携带的液滴，除雾器布置在烟气冷凝器后的水平烟道内，采用板式除雾器，材质为PP。除雾器需设置自动在线冲洗装置，在任何工况下不应发生任何堵塞，水平烟道式除雾器液滴去除率（22微米及以上）达到99%以上，出口液滴含量小于50mg/Nm3（干基），各种工况下，通过水平烟道式除雾器的压力降不高于120pa。通过增加烟道除雾器，有效消降到了烟气中的含水率。

5.2 烟气冷凝器设置在线冲洗装置

烟气冷凝器设置在线冲洗装置，包括冷却水侧正洗和反洗系统，烟气侧冲洗系统，用以保证烟气冷凝器换热面内外洁净，且冲洗时不能影响排烟湿度。冷凝水回收通过设置在冷凝换热器下方的疏水收集管道和设置在除雾器下方的疏水收集管道汇总，收集于冷凝水箱中，并配置冷凝水泵。每台机组配置一套冷凝水箱、2台冷凝水泵（1运1备），冷凝水箱存储冷凝水量不低于最大工况运行的1h，其防腐形式为碳钢内衬玻璃鳞片。冷凝水箱配置液位计和pH计，考虑设计事故排放管路。经pH值调整后的冷凝水通过冷凝水泵一路返回到脱硫工艺水箱做为脱硫工艺水补水，另外一路到机力通风塔，做为循环水补水。冷凝水pH调整加药管及系统需要同步配套设计和施工。

5.3 通风冷却塔系统

两台机组配置3台机力通风冷却塔，两运一备，采用开式冷却，冷却塔位置布置于3号脱硫区道路西侧空地上。冷却塔水池采用半地下形式，水泵布置在半地下坑内，泵坑内设置小地坑用于水泵停运检修时管道排水收集。为方面检修，辅机循环水泵区域应该增加起重设备；冷却塔及填料采用耐腐蚀材料，塔体采用玻璃钢，单台冷却塔上水量与单台烟气冷凝器最大循环水量匹配设计；冬季循环水泵入口水温22℃以下，夏季循环水泵入口水温34℃以下。冷却塔水侧设置液位计，实现循环冷却水泵的液位保护。冷却塔设置排污水泵，排污水通过排污水泵输送到脱硫工艺水箱。需要明确冷却循环水系统补水率和本次改造系统总的净水耗量。为避免微生物滋生，导致冷却塔填料堵塞以及冷凝换热器沾污，冷却塔必须设置加药装置，加药装置布置在循环冷却水泵房内，加药装置包含阻垢剂、氧化剂等。

6 技术应用总结

开滦协鑫发电有限公司3、4号机组烟羽治理改造工程从2020年完成改造工作，经过一年的各种工况的运行及以及相关性能试验验证，新增低温省煤器换出口烟温不高于88℃；烟气冷凝器出口：夏季（4～10月）经过冷凝后烟温达到48℃以下，烟气含湿量11.0%以下；冬季（11月～次年3月）冷凝后烟温达45℃以下，烟气含湿量9.5%以下。各种工况下，烟气侧压降为低温省煤器≤500Pa（投运后1年内）；烟气冷凝器≤600Pa（投运后1年内），从以上运行及性能试验数据上来看，采用MGGH+烟气冷凝的技术路线不仅脱白效率高，而且运行控制容易。

通过改造满足河北省、唐山市古冶区环保局的要求，对改善当地环境起了积极作用，并消除或减轻了烟囱出口白色烟羽现象。在整套系统投运中，烟气经过冷凝后析出大量细小液滴，这些细小的液滴会吸附一部分SO2、粉尘、SO3等污染物颗粒，起到了对烟气中污染物进一步脱除作用。同时，在烟气消白系统设计过程中，充分考虑有效的环保技术措施，避免造成二次污染的形成，并跟踪政府下发关于烟气消白改造方面的政府政策，争取资金补贴，促进了企业的健康可持续发展。