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生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為支撐生態(tài)文明建設(shè)和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量，正面臨著轉(zhuǎn)型升級的迫切需求。環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力，正成為推動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的核心力量。本欄目將聚焦生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創(chuàng)新成果，及時發(fā)布環(huán)境技術(shù)進(jìn)步獎項，全面介紹行業(yè)內(nèi)的實用技術(shù)裝備和示范工程，引導(dǎo)行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，加快數(shù)字、智慧、科技的融合賦能，為經(jīng)濟(jì)社會全面綠色轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)力量。
生態(tài)環(huán)境保護(hù)實用技術(shù)
2023-J-22
申報單位
福建龍凈環(huán)保股份有限公司
推薦單位
福建省環(huán)境環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會
一、技術(shù)簡介
適用范圍
本技術(shù)適用于燃煤鍋爐及工業(yè)窯爐配套煙氣余熱利用低低溫電除塵系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，零泄漏真空熱管換熱裝置布置于空預(yù)器和除塵器之間，具有高效換熱、冷卻水零泄漏及確保除塵達(dá)標(biāo)排放等突出優(yōu)點，是傳統(tǒng)煙氣取熱裝置的升級換代產(chǎn)品。
技術(shù)原理
本技術(shù)所述零泄漏真空熱管換熱裝置采用重力熱管的工作原理，在結(jié)構(gòu)上分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，主要工作過程經(jīng)歷以下4個方面：
1.在蒸發(fā)段，外界熱量通過管壁傳入管內(nèi)；
2.熱管內(nèi)液態(tài)工作介質(zhì)吸收管壁熱量后蒸發(fā)成飽和氣體；
3.工作介質(zhì)蒸發(fā)后上升至冷凝段被管外冷卻水冷卻并冷凝釋放出熱量；
4.冷凝段管內(nèi)工作介質(zhì)被冷凝后，在重力作用下回到熱管蒸發(fā)段重新吸熱蒸發(fā)，周而往復(fù)，實現(xiàn)熱量的上下傳遞。
本技術(shù)的熱管采用“中隔板組件+水套管”等結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)將熱煙氣和冷卻水兩種換熱介質(zhì)進(jìn)行多重物理隔離，滿足即使位于中隔板組件下方煙氣側(cè)的熱管發(fā)生磨損時，也僅有少量熱管內(nèi)部工質(zhì)泄漏到煙道中并迅速被熱煙氣蒸發(fā)帶走，位于中隔板組件上方的冷卻水不會泄漏到煙道中，避免了冷卻水泄漏造成的電除塵內(nèi)部煙道堵塞、煙塵排放超標(biāo)、灰斗堵灰等涉及環(huán)保及安全等嚴(yán)重隱患，保證了換熱器和下游設(shè)備的安全。熱管換熱裝置的壽命一般可達(dá)10年以上，可確保低低溫電除塵系統(tǒng)及機組的長效、低阻、安全、穩(wěn)定及可靠運行，實現(xiàn)可持續(xù)的節(jié)能環(huán)保效益。
本技術(shù)的工藝流程如圖所示，真空熱管換熱裝置設(shè)置在空預(yù)器與電除塵器之間。
粉塵比電阻是影響電除塵荷電及除塵效率的主要因素，粉塵比電阻高是我國絕大多數(shù)電廠除塵器運行差的重要因素，易導(dǎo)致電除塵電場二次電壓升不上去，在電除塵內(nèi)部難以有效實現(xiàn)粉塵荷電及收塵。實踐證明，通過換熱裝置將煙溫降至90——110℃的低低溫狀態(tài)，可降低粉塵比電阻，有效提高電除塵器電場二次電壓，充分發(fā)揮粉塵荷電與收塵效率，大幅度提高除塵效率；另外，通過低低溫電除塵器，可對煙氣中的SO3高效協(xié)同捕集，避免因SO3逃逸帶來的下游設(shè)備腐蝕及煙囪排放藍(lán)煙等問題。
本技術(shù)有兩種典型的工藝路線：一是煙氣余熱回收-再熱系統(tǒng)，即由真空熱管換熱裝置、電除塵器、再熱器、管路系統(tǒng)、煙溫自適應(yīng)控制系統(tǒng)等組成，通過管路系統(tǒng)將換熱裝置回收的熱量帶至再熱器加熱脫硫后煙氣，提高煙囪入口煙溫和煙氣抬升高度，減輕煙囪腐蝕，消除視覺污染；二是煙氣余熱回收利用系統(tǒng)，即由真空熱管換熱裝置、電除塵器、管路系統(tǒng)、煙溫自適應(yīng)控制系統(tǒng)等組成，通過管路系統(tǒng)將換熱裝置回收的熱量用于加熱汽輪機凝結(jié)水，排擠汽輪機抽氣，增加汽輪機做功，實現(xiàn)降低發(fā)電煤耗、高效除塵的雙重目的。
應(yīng)用效果
零泄漏真空熱管換熱裝置可將低低溫電除塵器前的煙溫降低30——50℃，回收的煙氣余熱用于加熱汽機冷凝水場合時，可節(jié)省1——3g/kW·h的發(fā)電標(biāo)煤耗，耦合低低溫電除塵器的除塵效率≥99.5%，除塵器出口粉塵濃度≤20mg/m³。
此外，煙溫降低后，除塵效率提升，電除塵器可調(diào)整至保效節(jié)能模式運行，節(jié)省電耗，降低維護(hù)量；引風(fēng)機進(jìn)口煙塵濃度降低、風(fēng)量下降、葉片磨損減少；脫硫塔煙氣量下降、煙溫降低，效率提升，可適當(dāng)調(diào)整脫硫漿液循環(huán)泵的工作，實現(xiàn)節(jié)電的同時降低循環(huán)泵及塔內(nèi)零部件的使用壽命，降低脫硫塔運行維護(hù)量。
研發(fā)背景
1.污染治理需求及行業(yè)情況
近年來，我國燃煤電廠配套低低溫電除塵系統(tǒng)項目高達(dá)近千臺套，但其核心裝備煙氣余熱利用換熱器有超50%在投運不足3年時間就出現(xiàn)了局部過度磨損導(dǎo)致的冷卻水泄漏情況，不僅增加了設(shè)備維護(hù)工作量，更影響到低低溫電除塵系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行和機組的發(fā)電煤耗，甚至影響到穩(wěn)定的超低排放效果和碳減排效果。因此，開發(fā)一種全新的可實現(xiàn)冷卻水零泄漏的長期高效、安全、穩(wěn)定及可靠的換熱裝置應(yīng)用于低低溫電除塵系統(tǒng)中成為行業(yè)強烈呼聲，該技術(shù)的開發(fā)完全符合國家和相關(guān)部委的“減污降碳、協(xié)調(diào)增效”等政策要求。
2.技術(shù)難點及解決的關(guān)鍵問題
①解決換熱管束因無法避免被磨損后的冷卻水泄漏及引發(fā)的能耗高、環(huán)保降效，甚至影響機組安全運行等一系列問題；②解決換熱裝置不便于安裝、檢修、維護(hù)問題；③解決熱管換熱裝置的運行狀態(tài)無法檢測的問題；④解決熱管換熱裝置運行一段時間后產(chǎn)生大量不凝性氣體影響換熱的問題。
3.國內(nèi)外技術(shù)水平差距
傳統(tǒng)煙氣余熱利用換熱器采用管殼式翅片管直接換熱結(jié)構(gòu)，煙氣走殼側(cè)，冷卻水走管側(cè)，其磨損泄漏及引發(fā)的一系列問題一直是其服役過程中無法回避的難題，引起了廣泛關(guān)注和研究。國內(nèi)外針對換熱管磨損泄漏問題的解決方案主要有：①采用耐磨型換熱管；②采用雙回路換熱器；③采用復(fù)合相變換熱器等。但這些已有的方案都不能真正解決換熱器磨損泄漏及引發(fā)的一系列問題。
技術(shù)特點
本技術(shù)采用的零泄漏真空熱管換熱裝置，創(chuàng)新設(shè)計三段式熱管換熱器及配套的封裝技術(shù)，實現(xiàn)高效換熱、環(huán)保提效的同時，滿足設(shè)備零泄漏及高可靠性運行要求；創(chuàng)新應(yīng)用熱管間工質(zhì)互不相通的承載式換熱模塊，在提高設(shè)備自身剛性、降低鋼材使用量的同時兼顧運行膨脹需求，在空間允許情況下，模塊可單獨插拔式裝、拆，方便設(shè)備調(diào)試、檢修維護(hù)；創(chuàng)新應(yīng)用基于大數(shù)據(jù)方法的裝置運行狀態(tài)在線監(jiān)控系統(tǒng)，實時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，及時分析和預(yù)判故障信息，指導(dǎo)設(shè)備運維管理，提升設(shè)備管控先進(jìn)性水平；攻克真空熱管原位在線制作及修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，解決熱管換熱裝置運行一段時間后產(chǎn)生大量不凝性氣體影響換熱的問題，從而保證真空熱管換熱裝置的長期、高效使用，并可確保低低溫電除塵煙氣處理系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保低碳運行。
二、典型應(yīng)用案例
案例名稱
國家電投景德鎮(zhèn)發(fā)電廠#2爐660MW機組零泄漏真空熱管換熱裝置及低低溫電除塵器技改工程
案例簡介
“國家電投景德鎮(zhèn)發(fā)電廠#2爐660MW機組零泄漏真空熱管換熱裝置及低低溫電除塵器技改工程”總承包方為福建龍凈環(huán)保股份有限公司，主要參與該項目技術(shù)改造的設(shè)計、設(shè)備供貨、施工、調(diào)試服務(wù)等環(huán)節(jié)。案例建成后，運行模式為電廠自主運行。
本項目于2020年10月正式開工，2020年12月16日順利投運并通過竣工驗收，工程實景圖如圖4所示。本工程將原有的4臺低溫省煤器換熱元件拆除更換為零泄漏真空熱管換熱裝置，每臺真空熱管換熱裝置安裝于對應(yīng)電除塵入口煙道處。
零泄漏真空熱管換熱裝置主要由1進(jìn)口煙箱、2熱管換熱模塊、3殼體、4照明與控制系統(tǒng)、5管路系統(tǒng)、6出口煙箱、7樓梯走道等構(gòu)成。
達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)或性能要求
JB∕T 14090-2020 低低溫電除塵器用煙氣冷卻器
JB∕T 12591-2016 低低溫電除塵器
JB∕T 12592-2016 低低溫高效燃煤煙氣處理系統(tǒng)
業(yè)主單位
國家電投集團(tuán)江西電力有限公司景德鎮(zhèn)發(fā)電廠
投運時間
2020年12月16日
工藝流程
本項目采用全流通工藝路線，真空熱管換熱裝置設(shè)置在鍋爐排煙系統(tǒng)中空預(yù)器與電除塵器之間的煙道處，真空熱管換熱裝置回收的熱量用于加熱汽輪機凝結(jié)水，即：從發(fā)電機組軸封加熱器和8號低加引出凝結(jié)水進(jìn)入真空熱管換熱裝置，加熱后的凝結(jié)水回到7號低加入口。通過調(diào)節(jié)閥控制可實現(xiàn)進(jìn)入真空熱管換熱裝置的凝結(jié)水量調(diào)節(jié)，將電除塵器的入口煙氣溫度從145℃降至95℃，從而實現(xiàn)低低溫電除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
運行情況
真空熱管換熱裝置自投運后已穩(wěn)定運行3年，各項運行指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計值。在實現(xiàn)煙氣余熱穩(wěn)定回收的同時，也保證了低低溫電除塵器高效運行。
設(shè)備投運后1年內(nèi)視在線監(jiān)測情況對熱管進(jìn)行1次的正常排氣處理后即可保持長久的高效換熱工作，平時僅需進(jìn)行日常的聲波清灰器清灰，自身無需其他維護(hù)，維護(hù)工作量小。
此外，煙溫降低到95℃以下后，除塵效率提升，電除塵器可調(diào)整至保效節(jié)能模式運行，節(jié)省電耗，降低維護(hù)量；引風(fēng)機進(jìn)口煙塵濃度降低、風(fēng)量下降、葉片磨損減少；脫硫塔煙氣量下降、煙溫降低，效率提升，可適當(dāng)調(diào)整脫硫漿液循環(huán)泵的工作，實現(xiàn)節(jié)電的同時降低循環(huán)泵及塔內(nèi)零部件的使用壽命，降低脫硫塔運行維護(hù)量。
2021年1月，經(jīng)測試，真空熱管換熱裝置在滿負(fù)荷工況下：平均煙氣溫降37.5℃，修正后出口平均溫度91.2℃；平均煙氣壓力降296.5Pa；凝泵水側(cè)平均壓力降0.085MPa。測試結(jié)果及熱態(tài)運行數(shù)據(jù)表明，換熱裝置投運正常，低低溫電除塵器入口煙溫能夠穩(wěn)定降至95℃以下，煙氣阻力穩(wěn)定控制在400Pa以內(nèi)，各項運行指標(biāo)均優(yōu)于產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計要求。結(jié)合實際測試分析，投運該裝置后可降低機組發(fā)電煤耗1.64g/kW·h。
2021年4月，經(jīng)測試，配套低低溫電除塵器在約600MW負(fù)荷下，通過對比換熱裝置投運前后的測試結(jié)果，可實現(xiàn)電除塵器入口煙溫降幅42.7℃，煙氣流量降低7%，煙氣阻力降低4%，粉塵排放濃度降低38.98%，電除塵器耗電量降低29.4%。
技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的碳減排效果
根據(jù)第三方測試結(jié)果，景德鎮(zhèn)電廠2#爐660MW機組采用真空熱管換熱裝置后，降低標(biāo)煤耗量約1.64g/kW·h，換算到年節(jié)標(biāo)煤量(按設(shè)備有效年運行小時數(shù)4500h)為4871噸，則可減少CO2排放量14042噸/年。
真空熱管換熱裝置投運后，煙溫降低可提高電除塵器的除塵效率、降低煙氣流量，電除塵器及引風(fēng)機電耗也隨之降低。通過計算，景德鎮(zhèn)電廠2#爐660MW機組年減少引風(fēng)機電耗348.5萬kW·h，按照供電煤耗295g/kW·h計，對應(yīng)折算可實現(xiàn)年減少標(biāo)煤耗1028.1噸，相應(yīng)地可以減少CO2排放量2963.9t/年；根據(jù)第三方測試結(jié)果，降低除塵器能耗282.5kW，相應(yīng)可減少CO2排放約1114.89t/年。
綜上，真空熱管換熱裝置投運后，該機組可減少CO2排放約18120t/年。
三、技術(shù)申報單位聯(lián)系信息
單位名稱：福建龍凈環(huán)保股份有限公司
單位地址：福建省龍巖市新羅區(qū)工業(yè)中路19號
原標(biāo)題：環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力 | 零泄漏真空熱管耦合低低溫電除塵技術(shù)
