０ 前言

近年來我國(guó)煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化取得了重大進(jìn)展， 截止到２００５ 年底， 已建成投產(chǎn) ５３００ 萬 ｋＷ 裝機(jī)的煙氣脫硫設(shè)施。針對(duì)我國(guó)火電機(jī)組不同情況的煙氣脫硫技術(shù)得到全面發(fā)展， 脫硫設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率已達(dá) ９０％以上。石灰石－ 石膏濕法煙氣脫硫（ＦＧＤ）工藝由于其適應(yīng)范圍廣、工藝成熟、脫硫效率高、脫硫劑來源豐富且價(jià)格較低， 已成為我國(guó)燃煤電廠的首選工藝［１］。

石灰石－ 石膏濕法脫硫工藝中， 關(guān)于煙氣系統(tǒng)的配置方案， 一般有 ２ 種。即： 原煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)升壓后直接進(jìn)入吸收塔， 脫硫后的煙氣直接引至煙囪排放（ 排煙溫度約 ５０℃）； 或煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)升壓后再經(jīng)煙氣換熱器（ＧＧＨ） 進(jìn)行高低溫?zé)煔鈸Q熱降溫后進(jìn)入吸收塔， 脫硫后的煙氣經(jīng) ＧＧＨ 升溫后再引至煙囪排放（排煙溫度約 ８０℃）。脫硫系統(tǒng)中的 ＧＧＨ 實(shí)際上是一個(gè)再生式換熱器， 國(guó)際上較普遍采用的 ＧＧＨ 型式為回轉(zhuǎn)式［２］。

濕法 ＦＧＤ 系統(tǒng)投資較大， 一般占電廠投資的近 ８％［１］。為此， 減少濕法 ＦＧＤ 裝置的造價(jià)， 降低運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用， 越來越受到關(guān)注。濕法 ＦＧＤ 工藝是否需要進(jìn)行煙氣升溫， 即煙氣脫硫是否需加裝 ＧＧＨ 的問題一直困惑著脫硫產(chǎn)業(yè)界［３］。

１ 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

１．１ 國(guó)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

德國(guó)設(shè)置 ＧＧＨ 并不是基于為煙囪防腐蝕的原因， 而是因不設(shè) ＧＧＨ 時(shí)， 排煙溫度低至 ５０℃左右， 煙囪出口煙氣呈白色水霧， 視覺效果較差， 為防止出現(xiàn)這種狀況， 環(huán)境保護(hù)法規(guī)中有煙氣溫度應(yīng)超過 ７２℃的規(guī)定， 因而必須要設(shè)置ＧＧＨ［４，５］。德國(guó)大規(guī)模建設(shè) ＦＧＤ 裝置的時(shí)間是 ２０ 世紀(jì) ８０～９０年代。因此， 在此期間建設(shè)的 ＦＧＤ 全部設(shè)置了 ＧＧＨ， 而且主要是回轉(zhuǎn)式 ＧＧＨ。經(jīng)過多年的運(yùn)行， 發(fā)現(xiàn) ＧＧＨ 是整個(gè)ＦＧＤ系統(tǒng)的故障點(diǎn)， 大大影響了 ＦＧＤ的可用率。幾乎所有的ＧＧＨ 在運(yùn)行過程中都出現(xiàn)了故障。德國(guó)加入歐盟以后， 大部分歐盟成員國(guó)對(duì)煙氣排放的溫度沒有法規(guī)上的限制 。從［５］２００２ 年開始， 德國(guó)采用了歐盟的標(biāo)準(zhǔn)， 取消了對(duì)煙氣排放溫度的限制。因此， 在原東德地區(qū)近期建設(shè)的 ＦＧＤ， 已有部分電廠不再設(shè)置 ＧＧＨ， 將脫硫后的煙氣通過冷卻塔排放， 這樣既可以省去濕煙囪的投資， 又可以大大提高煙氣中污染物的擴(kuò)散能力， 從而改善視覺效果［４］。

ＦＧＤ 裝置設(shè)置 ＧＧＨ 在亞洲地區(qū)采用的較多， 如日本、韓國(guó)、中國(guó)等［２］。日本是一個(gè)面積小， 地形狹長(zhǎng)的島國(guó)， 為了減輕煙氣排放對(duì)日本本土的污染。一直采用較高煙溫排放， 以增強(qiáng)煙氣的擴(kuò)散能力。因此， 日本的 ＦＧＤ 裝置一般都設(shè)置ＧＧＨ［３，４］。

美國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙囪出口排煙溫度無要求。因此， 美國(guó)自 ２０ 世紀(jì) ８０ 年代中期以后安裝的 ＦＧＤ 系統(tǒng)基本都不設(shè)置ＧＧＨ［３，４］。美國(guó) Ｂ＆Ｗ 公司在全球 ＦＧＤ 工程業(yè)績(jī)中， ６０％不設(shè)置 ＧＧＨ； 其中在美國(guó) ＦＧＤ 中， ９０％以上不設(shè)置 ＧＧＨ， 在臺(tái)灣ＦＧＤ 工程中均不設(shè)置 ＧＧＨ。美國(guó)一些電廠考慮到 ＦＧＤ 不設(shè)置 ＧＧＨ 可能會(huì)因煙溫過低對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響， 采用了在煙囪底部安裝燃燒潔凈燃料的燃燒器， 此方法可以在氣象條件不利于擴(kuò)散時(shí)， 對(duì)脫硫后的煙氣進(jìn)行臨時(shí)加熱［３］。這種方法的投資和運(yùn)行費(fèi)用都很低， 同時(shí)對(duì)保護(hù)環(huán)境有很好的作用， 是一種比較實(shí)際的方案。

１．２ 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

由于我國(guó)的 ＦＧＤ 事業(yè)是在引進(jìn)日本和歐洲技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 因此基本沿用了它們的技術(shù)規(guī)則［４］。國(guó)內(nèi)初期建設(shè)，目前已投運(yùn)的電廠 ＦＧＤ 裝置均設(shè)置了 ＧＧＨ， 如利用日本三菱技術(shù)的珞磺電廠 １ 期、 期工程， ＦＧＤ 裝置采用了２水媒管式 ＧＧＨ。重慶電廠、浙江半山電廠、北京第一熱電廠的ＦＧＤ 引進(jìn)的是德國(guó) Ｓｔｅｉｎｍｕｌｌｅｒ 公司的技術(shù)， 采用了氣氣回轉(zhuǎn)式 ＧＧＨ［２，３］。國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)的火電廠濕法 ＦＧＤ 裝置， 例如北京石景山熱電廠， 北京一熱 ２ 期工程， 山東黃臺(tái)電廠， 江陰夏港電廠、浙江錢清電廠、廣東瑞明電廠和沙角 Ａ 廠也均設(shè)置了 ＧＧＨ［５］。

但是隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步以及業(yè)內(nèi)人士對(duì)脫硫技術(shù)認(rèn)識(shí)的深化， 國(guó)內(nèi)有些工程在 ＦＧＤ 裝置后沒有設(shè)置ＧＧＨ。如， 常熟電廠、利港電廠、黃驊電廠、臺(tái)山電廠、王灘電廠、托克托電廠、潮州電廠、烏沙山電廠、陡河電廠、唐山電廠、后石電廠等［２－５］。

從國(guó)內(nèi)外燃煤電廠 ＦＧＤ 裝置運(yùn)行狀況來看， 存在著設(shè)置和取消 ＧＧＨ 系統(tǒng) ２ 種情況， 目前國(guó)內(nèi)外在在建電廠的ＦＧＤ 系統(tǒng)中， 主張取消 ＧＧＨ 的， 有逐漸增加的趨勢(shì)［６］。

２ 比較

２．１ 設(shè)置 ＧＧＨ 的作用

（１） 增強(qiáng)污染物擴(kuò)散。濕法 ＦＧＤ 系統(tǒng)中設(shè)置 ＧＧＨ 后可以將脫硫后的排煙溫度升高至 ８０℃左右， 從而可以提高煙氣從煙囪排放時(shí)的抬升高度。同時(shí)也使煙氣中 ＳＯ２ 的地面最大落地濃度降低， 最大落地濃度點(diǎn)距煙囪的距離也擴(kuò)大， 即煙氣的擴(kuò)散能力得以加強(qiáng)。

 某電廠 ２ 臺(tái) ３０ 萬 ｋＷ 機(jī)組合用一個(gè)煙囪， 煙囪高度為２１０ｍ， 設(shè)置與取消 ＧＧＨ 時(shí)主要污染物對(duì)地面濃度的影響對(duì)比如表 １ 所示［３］。從表 １ 的計(jì)算結(jié)果可以看出， 由于二氧化硫和粉塵的源強(qiáng)度在除塵和脫硫之后大大降低。因此， 無論是否設(shè)置 ＧＧＨ， 它們的貢獻(xiàn)只占環(huán)境允許值的很小一部分。由于 ＦＧＤ 不能有效脫除氮氧化物， 氮氧化物的源強(qiáng)度并沒有降低， 因此是否設(shè)置 ＧＧＨ 對(duì)于氮氧化物的貢獻(xiàn)有較大影響，但從表 １看出， 仍然只占環(huán)境允許值的 １０％左右。因此， 對(duì)環(huán)境的影響不會(huì)很顯著。實(shí)際上降低氮氧化物對(duì)環(huán)境影響的根本措施是安裝脫硝裝置， 想通過擴(kuò)散來降低落地濃度只是一種權(quán)宜之計(jì)， 只能減輕局部環(huán)境污染， 不能減輕總體環(huán)境污染。但如果電廠的環(huán)境濕度處于飽和狀態(tài)， 則濕煙氣的抬升與其處于環(huán)境濕度未飽和時(shí)有明顯不同。此時(shí) ＦＧＤ 系統(tǒng)設(shè)置 ＧＧＨ 與否對(duì)煙氣抬升高度差異不大， 不會(huì)造成地面污染濃度的改變。

（２）降低煙羽可見度。由于安裝了濕法 ＦＧＤ 系統(tǒng)之后，從煙囪排出的煙氣處于飽和狀態(tài)， 在環(huán)境溫度較低時(shí)， 凝結(jié)水汽會(huì)形成白色的煙羽。在我國(guó)南方城市， 這種煙羽一般只會(huì)在冬天出現(xiàn)； 而在北方環(huán)境溫度較低的地區(qū)， 出現(xiàn)的幾率較大。一般而言， ＦＧＤ 系統(tǒng)后冒白煙是很難徹底解決的， 如果要完全消除白煙， 必須將煙氣加熱到 １００℃以上。設(shè)置ＧＧＨ 也只能使煙囪出口附近的煙氣不產(chǎn)生凝結(jié)， 使白煙在較遠(yuǎn)的地方形成。白煙對(duì)環(huán)境質(zhì)量沒有影響， 只是一個(gè)公眾的認(rèn)識(shí)問題。

（３）避免煙囪降落液滴及減輕煙囪腐蝕。經(jīng)濕法脫硫后的煙氣， 在排放過程中， 隨著煙溫的逐漸降低， 煙氣易于冷凝結(jié)露并在潮濕環(huán)境下產(chǎn)生腐蝕性的水液液體， 并依附于煙囪內(nèi)側(cè)壁流下， 對(duì)煙囪造成嚴(yán)重腐蝕。而 ＧＧＨ 的設(shè)置可以提高經(jīng)脫硫處理后排放的煙氣溫度， 從而減緩了由于煙氣冷凝結(jié)露產(chǎn)生的腐蝕性水液液體， 同時(shí)減輕了煙囪腐蝕。

２．２ 取消 ＧＧＨ 的可能性

 取消 ＧＧＨ 需要考慮如下一些主要問題：

（１） 污染物擴(kuò)散問題。取消 ＧＧＨ 后的排煙溫度僅為５０℃或更低， 從而使煙氣從煙囪排放時(shí)的抬升高度有所降低。同時(shí)也使煙氣中 ＳＯ２ 的地面最大落地濃度加大， 影響到了煙氣的擴(kuò)散能力。如果工程脫硫效率較高， 經(jīng)過脫硫后ＳＯ２ 濃度較低， 落地濃度仍然能滿足國(guó)家的有關(guān)要求。因此，取消 ＧＧＨ 對(duì)于因污染物擴(kuò)散能力降低而導(dǎo)致的最大落地濃度無較大影響。

（２）可見煙羽問題。設(shè)置 ＧＧＨ 后由于煙溫的提升， 煙囪冒白煙的問題可以在一定程度上得以減輕。但由于濕法ＦＧＤ 工藝設(shè)置 ＧＧＨ 后排煙溫度僅在 ８０℃左右， 溫升有限，因此只能使得煙囪在出口附近的煙氣不產(chǎn)生凝結(jié)， 白煙仍會(huì)在較遠(yuǎn)的地方形成。

（３）系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行問題。ＧＧＨ 包括設(shè)備本體、密封系統(tǒng)、水和壓縮空氣沖洗系統(tǒng)等， 較為復(fù)雜， 工作條件惡劣。設(shè)置ＧＧＨ 后， 由于 ＧＧＨ 部件的腐蝕和換熱元件堵塞， 造成的增壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行故障， 已經(jīng)成為 ＦＧＤ 系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸之一， 不設(shè) ＧＧＨ 可減少故障點(diǎn)， 使脫硫系統(tǒng)運(yùn)行可靠性提高， 維護(hù)和檢修工作量也相應(yīng)減少。還可優(yōu)化爐后布置， 使煙道和設(shè)備的布置更加簡(jiǎn)潔合理， 安裝和檢修空間增大， 施工安裝更方便。

（４） 對(duì)下游設(shè)備及煙囪的腐蝕問題。從理論上講， 采用ＧＧＨ 提高了脫硫后排煙溫度， 能有利于減緩煙氣的腐蝕（ 即提高煙氣溫度， 減少結(jié)露）。但由于煙氣在經(jīng)過 ＧＧＨ 加熱之后， 煙溫仍然低于其酸露點(diǎn)， 因此， 仍然會(huì)在下游的設(shè)備中產(chǎn)生新的酸凝結(jié)。不僅如此， 由于在低溫情況下隨溫度上升， 液體的腐蝕性會(huì)增強(qiáng)， 因此， 煙溫升高更加劇了凝結(jié)液的腐蝕傾向， 使得經(jīng) ＧＧＨ 加熱后的煙氣有更強(qiáng)的腐蝕性。因此， 無論是否設(shè)置 ＧＧＨ， 濕法脫硫工藝的煙囪都必須采取防腐。一般有 ２ 種防腐方式： ①鋼管煙囪內(nèi)表面襯玻璃鱗片； ②鋼管煙囪內(nèi)表面襯鈦合金板或鎳基合金板。濕煙囪在我國(guó)應(yīng)用實(shí)績(jī)尚少， 需對(duì)國(guó)外電廠的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行定期調(diào)研［６］。

２．３ 技術(shù)－ 經(jīng)濟(jì)性比較

濕法 ＦＧＤ 工藝中是否設(shè)置 ＧＧＨ 方案的技術(shù)－ 經(jīng)濟(jì)性比較如表 ２ 所示：

 
設(shè)置 ＧＧＨ， 由于增加了煙氣系統(tǒng)阻力， 使得運(yùn)行費(fèi)用提高不少， 維護(hù)費(fèi)用也有所增加。對(duì)于 ２ 臺(tái) ３０ 萬 ｋＷ 機(jī)組， 設(shè)置 ＧＧＨ， 總投資為 ３０００ 多萬元， 約占 ＦＧＤ 系統(tǒng)總投資的２０％以上。年運(yùn)行費(fèi)用約 ８９０ 萬元， 而建設(shè)一個(gè)防腐性能良好可以長(zhǎng)期使用的濕煙囪的防腐費(fèi)用大約為 １２００～２０００ 萬元［３］。

再以某 ２臺(tái)６０萬 ｋＷ機(jī)組為例， 進(jìn)行比較［４］： 不設(shè)ＧＧＨ方案比設(shè)置 ＧＧＨ 方案將節(jié)省 ＧＧＨ 投資 ５０００ 萬元， 增加煙囪和海水淡化裝置投資各 ２０００ 萬元， 合計(jì)節(jié)省投資 １０００ 萬元； 節(jié)省廠用電費(fèi) ２４３．１ 萬元／ａ， 節(jié)省維護(hù)費(fèi)用 ５０ 萬元／ａ， 多增加水耗 １１１．３２ 萬元／ａ， 合計(jì)節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用 １８１．７８ 萬元／ａ。

不設(shè) ＧＧＨ 方案中除脫硫工藝耗水量大于設(shè)置 ＧＧＨ 方案外， 其余無論從投資、布置、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等各項(xiàng)指標(biāo)上，不設(shè) ＧＧＨ 方案均較設(shè)置 ＧＧＨ 方案為優(yōu)。但要考慮對(duì)煙囪進(jìn)行防腐處理。

２．４ 環(huán)境保護(hù)要求

火電廠濕法 ＦＧＤ 系統(tǒng)后的煙氣升溫， 主要是在一定程度上提高煙氣抬升高度和有效源高， 從而在一定條件下改善煙氣擴(kuò)散條件而對(duì)污染物的排放濃度和排放量沒有影響［３］。

對(duì)于燃煤電廠較為密集的地區(qū)， 對(duì)環(huán)境質(zhì)量有特殊要求的京津地區(qū)、城區(qū)及近郊、風(fēng)景名勝區(qū)或有特殊景觀要求的區(qū)域、以及位于城市的現(xiàn)有電廠改造等， 在景觀要求和環(huán)境質(zhì)量等要求下， 火電廠均應(yīng)采取加裝 ＧＧＨ 等設(shè)備， 進(jìn)一步改善煙氣擴(kuò)散條件。在農(nóng)村、部分海邊等有環(huán)境容量的地區(qū)建火電廠， 在滿足達(dá)標(biāo)排放、總量控制和環(huán)境功能的條件下， 可暫不采取煙氣升溫措施。對(duì)新建、擴(kuò)建、改造的火電廠， 其煙氣排放是否需要升溫， 應(yīng)通過項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)確定。

３ 結(jié)論

設(shè)置 ＧＧＨ 而起到的污染物擴(kuò)散能力、可見煙羽程度均對(duì)脫硫系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行以及環(huán)保要求無實(shí)質(zhì)影響， 且設(shè)置ＧＧＨ 也不會(huì)使凈煙氣下游設(shè)備及煙囪免設(shè)防腐設(shè)施。

ＧＧＨ 并不是煙氣脫硫裝置保證脫硫效率必備的組件， 發(fā)電廠是否設(shè)置 ＧＧＨ應(yīng)根據(jù)工程的具體情況， 如工程所處的地理位置、機(jī)組容量、機(jī)組煙囪的設(shè)計(jì)等， 綜合考慮取消 ＧＧＨ 與對(duì)煙囪和煙道采取防腐措施后， 可節(jié)約電廠的投資和運(yùn)行費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

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