火电厂烟气深度冷却器增效减排火电厂烟气深度冷却器增效减排 技术介绍技术介绍 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 提提 纲纲 （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 % 200725.112.549.8 200827.213.348.9 200931.315.649.8 （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 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 提提 纲纲 （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，燃煤电电站选选用电电除尘尘器居多。主要依靠5 类类技术实现术实现 更低排放（30mg/m3 甚或20mg/m3 ）。 1）烟气深度冷却除尘尘增效技术术：可以达到 30mg/m3的标标准，与WFGD配套时时，可小于10mg/m3。 2）移动电动电 极式电电除尘尘技术术 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 名称单位脱硫塔前部分脱硫塔后部分 锅炉总风量kg/s177.01177.01 烟气进口温度14085 烟气进口焓kJ/m3198.45119.12 烟气出口温度11560 烟气出口焓kJ/m3162.3983.06 工质流量t/h212.8212.8 工质进口温度90110 工质进口焓kJ/kg378.15462.42 工质出口温度11090 工质出口焓kJ/kg462.42378.15 烟气平均流速m/s12.2510.57 工质平均流速m/s1.501.50 换热面积 m25207.665207.66 换热量 kW4981.344981.34 （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 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 强化换热 无源强化有源强化 粗糙表面扩展表面扰流元件机械搅动表面振动流体振动螺旋管 强化换热 内强化外强化 挤压成型扰流成型整体内翅串接翅片焊接翅片整体翅片 内外强化 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）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） 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 提提 纲纲 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 研究内容研究内容火电厂烟气深度冷却器关键技术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 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 图图 AQC炉灰XRD衍射图图图图 SP炉灰XRD衍射图图 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