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1、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。,（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125130 ，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2050。,1.项目研发背景,（1）项目背景,1.项目研发背景,排烟温度
2、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,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）,改造省煤器,改造空气预热器,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,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）,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,1.项目研发背景,湿法脱硫中GGH系统可能存在的问题,受热面
3、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125150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
4、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Corrosion Centre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Schwarze Pumpe 2800MW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 Suspension Pre-heter,370220 窑尾余热锅炉 SP HRSG,空气冷却器 Air Quenching Cooler,35060
5、窑头余热锅炉 AQC HRSG,回转窑 Cement Kiln,（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,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（30m
6、g/m3 甚或20mg/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
7、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,（3）烟气深度冷却节能技术方案,2.技术方案介绍,2）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,3）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,4）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）强化传热概念,2.技术方案介绍,1）强化传热原理,
8、 原则,强化传热应从热阻最大的环节入手；把传热过程的总热阻分离开来。,2.技术方案介绍,1）强化传热原理, 从换热过程的物理机制来分析,无相变：,减薄边界层、增加流体的扰动,有相变,减薄液膜、形成珠状凝结,凝结：,沸腾：,增加汽化核心数,（5）强化传热概念,2.技术方案介绍,1）强化传热原理, 从对流换热的实验规律来分析,无相变：,提高流速,减小管径,改变物性,这一分析适用于所有单相对流换热,（5）强化传热概念,2.技术方案介绍,2）强化传热分类,（5）强化传热概念,螺纹管挤压成型 横纹管凹窝管板状麻花片丝状扰流子 波纹片径向等高内翅片非径向不等高内翅片,扰流插入物,扩展内翅片,内强化,（6）
9、传热单元结构方案,2.技术方案介绍,2）内强化元件,螺纹管 横纹管 麻花片弹簧丝 波纹片 等高径向内翅 不等高非径向,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,2）内强化元件,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件,单点焊,连续焊,机加工,整体铸造,外强化,串片型翅片,整体型翅片,热挤压,焊接型翅片,复合嵌套,间断焊, 串片型翅片,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件, 焊接型翅片,a.点焊,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件,b.间断焊,顶力, 焊接型翅片,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件,c.连续焊, 焊接
10、型翅片,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件, 整体型翅片,a.热挤压,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件, 整体型翅片,b.机加工,c.整体铸造, 整体型翅片,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件,d.复合嵌套, 整体型翅片,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,3）外强化元件,铸铁空气预热器,（6）传热单元结构方案,2.技术方案介绍,4）内、外同时强化元件,1）根据流体特性选型,2.技术方案介绍,（7）传热单元结构选型,间壁式换热均存在两种相对高、低的流体 流体的特性
11、是强化传热结构设计的基础数据,流体流量：正常工况，极端工况，热交换量流体温度：正常工况，极端工况，热工参数流体成分：热工计算颗粒成分：积灰，磨损，腐蚀，清灰粒度分布：积灰，磨损，清灰堆积密度：积灰，磨损,高温烟气,低温烟气,烟气冷却器俯视图,高频焊螺旋翅片管,2）螺旋翅片管（1）,2.技术方案介绍,（7）传热单元结构选型,2）螺旋翅片管（1）,2.技术方案介绍,（7）传热单元结构选型,螺旋翅片管生产效率高，抗磨性能不及H型翅片,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,3） H型或双H型翅片管（2）,2.技术方案介绍,（7）传热单元结构选型,3） H型或双H型翅片管（2）
12、,2.技术方案介绍,（7）传热单元结构选型,生产效率低，具有一定自清灰性好，抗磨损性强,双H型翅片管刚性大，适合大尺寸换热器,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,（7）传热单元结构选型,高温烟气,低温烟气,电阻焊针形管,4）针翅管（3）,2.技术方案介绍,（7）传热单元结构选型,4）针翅管（3）,2.技术方案介绍,（7）传热单元结构选型,生产效率低下，自清灰性好，抗沾污性强,模片化拼装，方便维修,4）针翅管（3）,2.技术方案介绍,（7）传热单元结构选型,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
13、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,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,灰特性研究积灰关键技术,（c）宝鸡第二发电厂灰X3000 （d）宝鸡第二发电厂灰X5000,3.关键技术处理,（3）烟气冷却器外部工作特性,（a）宝鸡第二发电厂灰X500 （b）宝鸡第二发电厂灰X1000
14、,图 AQC炉灰XRD衍射图,图 SP炉灰XRD衍射图,AQC灰:硅酸钙，棱角而质硬，磨损性强， SP 灰:氧化物，多孔而疏松，粘结性强。,灰特性研究积灰关键技术,3.关键技术处理,（3）烟气冷却器外部工作特性,（a）AQC炉灰（500倍） （b） SP炉灰（500倍）,（c）AQC炉灰（2000倍） （d） SP炉灰（2000倍）,灰特性研究积灰关键技术,3.关键技术处理,（3）烟气冷却器外部工作特性,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）优化设计防治积灰布置在除尘器之后，烟气中99.9%灰分被分离；根据灰成分预测
15、灰的粘污系数指导设计；选择合理管型、烟气流速，减轻积灰；避免硫酸结露引起灰在管壁上的粘结；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根据灰的粘污性选择清灰技术；根据清灰技术特点选择清灰技术；由于金属壁温低于酸露点，管壁上灰具有粘结性；除尘器之后的灰粒子很细，具有一定吸附能力；非冷凝受热面可以选用燃气脉冲和压缩空气吹灰；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。 由于金属壁温低于酸露点， 硫酸结露使灰具有粘结性； 长时间运行会形成灰增量沉
16、积； 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,烟气中99.9%灰分被分离，磨损大大减弱；H型翅片管自身具有抑制贴壁磨损的功能；烟气进、出口和受热面组织均匀烟气流场优化横向节距和纵向节距，避免尾迹磨损；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,正确理解硫酸结露的机理；排烟温度高于酸露点温度，避免形成H2SO4酸雾；选择抗腐蚀能力强的的材料作为传热管；调节进口水温控制传热管金属壁温；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,正确理解硫酸结露的机理；排烟温度高于酸露点温度，避免形成H2SO4酸雾；,
