脫硫設(shè)施不設(shè)換熱器環(huán)境影響的探討

    摘要：通過對淮南洛河發(fā)電廠300 MW機(jī)組大氣污染源監(jiān)測，模擬預(yù)測和比對石灰石-石膏濕法脫硫設(shè)施不設(shè)換熱器，對大氣污染物擴(kuò)散影響。結(jié)果表明：不同氣象條件下，脫硫設(shè)施不設(shè)換熱器對大氣環(huán)境影響不甚明顯。

    中圖分類號:X8文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1674－4829（2010）02－0038－04

 引言：燃煤電廠屬大氣污染控制重點(diǎn)企業(yè)。筆者以大唐淮南洛河發(fā)電廠為例，模擬預(yù)測和監(jiān)測比對其2期工程2×300 MW機(jī)組石灰石-石膏濕法脫硫設(shè)施不設(shè)換熱器對大氣污染物擴(kuò)散影響與環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果表明：不同氣象條件下，脫硫設(shè)施不設(shè)換熱器對區(qū)域大氣環(huán)境影響不甚明顯。
    1·換熱器作用與影響
    1.1換熱器主要作用
    大型燃煤發(fā)電機(jī)組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫設(shè)施（FGD）中氣氣換熱器（GGH）的作用，是將原煙氣熱量傳遞給脫硫后的凈煙氣，即：由引風(fēng)機(jī)120~140℃原煙氣，在GGH原煙氣側(cè)，將煙溫降至85~100℃入吸收塔；從吸收塔洗滌脫硫后流出的45~50℃凈煙氣，經(jīng)GGH凈煙氣側(cè)升溫至＞75℃，由凈煙道入煙囪排放，見圖1。

                 

    通過該換熱過程作用有6個方面：減少吸收塔蒸發(fā)量，增加濕法脫硫后煙氣浮力與擴(kuò)散能力，降低煙羽能見度，降低大氣污染物落地濃度，影響煙氣抬升高度與SO2排放速率，減輕濕法脫硫煙囪冒白煙問題。
    1.2換熱器負(fù)面影響
    1.2.1增加投資與維修費(fèi)
    目前，國內(nèi)燃煤電廠FGD設(shè)施80%以上有GGH裝置。據(jù)測算，GGH設(shè)備與配套安裝費(fèi)占FGD設(shè)施總投資20%。以1×600 MW機(jī)組為例，F(xiàn)GD設(shè)施不設(shè)GGH裝置，可降低2.2%機(jī)組總投資和6%的30 a均化成本，增加設(shè)備維修費(fèi)。
    1.2.2降低脫硫效率
    GGH裝置原煙氣側(cè)向凈煙氣側(cè)泄漏，降低脫硫效率；雖然回轉(zhuǎn)式GGH裝置泄漏率可控制＜1.0%，然而，這畢竟是無謂的損失。
    1.2.3增加脫硫設(shè)施運(yùn)行故障
    GGH裝置原煙溫由130℃左右降至＜80℃，其吸熱側(cè)產(chǎn)生酸液，對換熱元件和殼體腐蝕嚴(yán)重并粘附飛灰。穿越除霧器微小液滴在換熱元件表面蒸發(fā)結(jié)垢而堵塞，增加FGD設(shè)施運(yùn)行故障率。
    1.2.4增加能耗水耗與水處理
    GGH裝置運(yùn)行中或停機(jī)后，需壓縮空氣、蒸汽和高壓水清洗，去除其換熱元件積灰和酸沉積；清洗污水腐蝕性強(qiáng)，須單獨(dú)處理后排放，增加能耗、水耗和污水處理設(shè)施建設(shè)投資與運(yùn)行費(fèi)。
    1.2.5腐蝕煙道與煙囪
    實(shí)踐證明，洗滌脫硫煙氣經(jīng)GGH裝置加熱后， 煙溫仍低于酸露點(diǎn)，尾部煙道與煙囪有新的凝結(jié)；機(jī)組開停、低負(fù)荷運(yùn)行等非正常工況時，GGH裝置達(dá)不到運(yùn)行溫度要求；78~80℃煙溫僅使排煙不凝結(jié)，無法避免冒白煙。鑒此，無論有無GGH裝置，煙囪都須防腐，并按濕煙囪設(shè)計(jì)。
    1.3不設(shè)換熱器影響
    石灰石-石膏濕法FGD設(shè)施不設(shè)GGH裝置正負(fù)面影響有以下幾點(diǎn)。
    1.3.1提高脫硫設(shè)施可靠性
    減少故障點(diǎn)，提高FGD設(shè)施運(yùn)行可靠性，維護(hù)和檢修工作量減少。
    1.3.2降低設(shè)備能耗
    尾部煙道縮短，煙氣阻力降低1 200 Pa，漏風(fēng)、漿液循環(huán)量、設(shè)備能耗降低，脫硫效率提高。
    1.3.3減少設(shè)備占地面積
    可優(yōu)化爐后場地布置，使煙道和設(shè)備布置簡潔合理，安裝與檢修空間增大、方便操作。
    1.3.4降低排煙溫度
    吸收塔凈煙氣直入煙囪，排煙45~50℃，較設(shè)置GGH裝置時低30℃，煙氣抬升高度降低。
    1.3.5增加煙囪防腐投資
    以聚脲彈性體涂內(nèi)壁3~4 mm，700~750元/m2（含施工）計(jì)，1根210 m煙囪防腐需192.9萬元。
    2·不設(shè)換熱器大氣環(huán)境影響
    2.1大氣污染源
    淮南洛河發(fā)電廠總裝機(jī)容量2 400 MW，其中：1，2期工程4×300 MW亞臨界發(fā)電機(jī)組配電袋復(fù)合式除塵器和低氮燃燒器，3期工程2×600 MW超臨界發(fā)電機(jī)組安裝靜電除塵器和低氮燃燒器，均配套煙氣脫硫設(shè)施?；茨下搴影l(fā)電廠1，2期工程燃煤鍋爐蒸發(fā)量4×1 025 t/h，電袋復(fù)合式除塵器設(shè)計(jì)除塵效率99.8%，設(shè)計(jì)脫硫效率＞90%，210 m的出口Ф7 m煙囪2根；3期工程燃煤鍋爐蒸發(fā)量2×1 900 t/h，靜電除塵器設(shè)計(jì)除塵效率99.8%，設(shè)計(jì)脫硫效率95%，1根210 m出口Ф6 m煙囪；FGD設(shè)施均為石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，其中1，2期工程FGD設(shè)施不設(shè)GGH裝置，3期工程FGD設(shè)施配備GGH裝置，見表1。

              

    2.2大氣環(huán)境影響預(yù)測分析
    淮南洛河發(fā)電廠2期工程2×300 MW機(jī)組210m煙囪屬高架點(diǎn)源，采用HJ 2.2—2008《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則·大氣環(huán)境》推薦模式，預(yù)測分析FGD設(shè)施安裝GGH裝置前后各穩(wěn)定度和風(fēng)向下邊長20km矩形區(qū)域環(huán)境空氣中二氧化硫（SO2）、可吸入顆粒物（PM10）污染趨勢。
    2.2.1煙氣抬升高度與距離影響
    大氣不穩(wěn)定（B類）時，F(xiàn)GD設(shè)施有GGH裝置污染物最大落地距離3 444 m，無GGH污染物最大落地距離2 286 m；中性（D類）穩(wěn)定度下，有GGH污染物最大落地距離5 460 m，無GGH污染物最大落地距離3 847 m；穩(wěn)定（F類）時，有GGH污染物最大落地距離19771m，無GGH污染物最大落地距離18299 m，見表2，圖2，圖3。

                

                

    近5 a，淮南市D類大氣穩(wěn)定度出現(xiàn)頻率46.3%；D類穩(wěn)定度時，F(xiàn)GD設(shè)施無GGH的污染物最大落地距離較有GGH少1 613 m。
    2.2.2各類氣象條件影響
    2.2.2.1長期影響
    A類穩(wěn)定度，F(xiàn)GD有GGH時SO2，PM10最大一次質(zhì)量濃度0.016，0.017 mg/m3，無GGH貢獻(xiàn)值為有GGH的2.76，2.77倍；D類穩(wěn)定度，F(xiàn)GD有GGH時SO2，PM10最大一次質(zhì)量濃度0.004 0，0.004 3 mg/m3，無GGH貢獻(xiàn)值為有GGH的1.9，1.91倍；F類穩(wěn)定度，F(xiàn)GD有GGH時SO2，PM10最大一次質(zhì)量濃度0.001 6，0.001 7 mg/m3，無GGH貢獻(xiàn)值為有GGH的1.13，1.18倍，見表3。

                

    2.2.2.2靜風(fēng)時影響
    靜風(fēng)條件下，有GGH污染物最大落地距離3105 m，無GGH污染物最大落地距離2 158 m，少947 m；無GGH較有GGH時SO2，PM10最大地面軸線濃度增加6.2‰，6.6‰。各關(guān)心點(diǎn)距該廠大氣污染源＞4.1 km，不會產(chǎn)生不利影響。
    2.2.2.3熏煙時影響
    熏煙條件下，有GGH污染物最大落地距離1938 m，無GGH污染物最大落地距離1 629 m，少309 m；無GGH較有GGH時，SO2，PM10最大地面軸線濃度增加9.6‰，1.03%，構(gòu)成近距離影響。
    2.2.4典型氣象條件影響
    典型日氣象條件下，各關(guān)心點(diǎn)大氣污染物濃度分布：無GGH較有GGH日均最大貢獻(xiàn)值在東北偏東（ENE）向8.5 km處上窯鎮(zhèn)，SO2與PM10增加2.2‰，2.4‰；日均最小貢獻(xiàn)值在西南（SW）向10.2km處市政府，SO2和PM10增加1.1‰，1‰。2.2.5中性穩(wěn)定條件影響D類穩(wěn)定度下，各季節(jié)大氣污染物濃度分布：春季，無GGH較有GGH時，SO2，PM10最大貢獻(xiàn)值均增加0.2‰，夏季增加1.2‰和0.2‰，秋（冬）季均增加0.1‰和0.2‰。大氣污染物濃度時間分布：春季＞夏季＞冬季＞秋季，年內(nèi)四季煙氣抬升高度：秋季＞冬季＞夏季＞春季。
    2.3環(huán)境監(jiān)測比對分析
    利用2005年2~10月和2008年2~9月，淮南洛河發(fā)電廠1，2期工程4×300 MW機(jī)組，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫暨電袋復(fù)合式除塵器改造評價與驗(yàn)收監(jiān)測數(shù)據(jù)，比對分析其FGD設(shè)施不設(shè)GGH裝置，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫前后區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢，見表5。

                

    監(jiān)測結(jié)果：洛河電廠1，2期工程4×300 MW機(jī)組煙氣脫硫前與脫硫后，SO2，PM10年日平均值均有所下降，降幅12%和15.9%。
    2．4污染氣象與脫硫除塵關(guān)系
    淮南洛河發(fā)電廠區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測與同步低空探測結(jié)果表明：混合層頂上下兩側(cè)大氣污染物濃度相差數(shù)倍；混合層厚度越小，其差值越大；反之，混合層厚度越大，差值越小。
    一般平原地區(qū)熏煙持續(xù)0.5~1.0 h，淮南100~150 m高度逆溫持續(xù)8.2 h，150~200 m高度逆溫持續(xù)4.3 h，洛河電廠熏煙持續(xù)時間是平原地區(qū)10.9~5.7倍，大氣污染物最大濃度是地面9.1~6.2倍[7]，提高脫硫與除塵效率十分必要。靜風(fēng)時，洛河電廠FGD無GGH大氣污染物最大地面軸線濃度為有GGH的2倍，有利擴(kuò)散。淮南洛河發(fā)電廠大氣污染物擴(kuò)散規(guī)律：大氣由B類到F類穩(wěn)定度，SO2，PM10落地濃度漸趨變小，距離由近及遠(yuǎn)；氣象條件中性偏穩(wěn)定，大氣污染物影響范圍3 800~18 500 m，最不利氣象條件影響區(qū)域170~230 m。
    3·不設(shè)換熱器環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益
    3.1環(huán)境效益
    淮南洛河發(fā)電廠1，2期工程4×300 MW機(jī)組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫和電袋復(fù)合式除塵器，脫硫效率94.2%，除塵效率99.9%；SO2、煙塵排放質(zhì)量濃度下降523，34 527.6 mg/m3；全廠SO2、煙塵排放質(zhì)量濃度29.2，39.4 mg/m3，下降529.6，34 754.7 mg/m3，為GB 13223—2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》允許排放濃度的2.7%和6.5%，99%和58.6%；SO2、煙塵排放量削減2.88×104，55.01×104 t/a，對于改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量具有較大作用[8]。氣象條件中性偏穩(wěn)定時，全廠經(jīng)煙氣脫硫與電袋除塵后，近距離空氣中SO2，PM10年日均貢獻(xiàn)值無顯著變化，10 km以外SO2，PM10年日均貢獻(xiàn)值削減97.2%，98.1%；最不利氣象條件，主要影響200 m左右區(qū)域，SO2，PM10年日均貢獻(xiàn)值削減95.5%，93.9%，環(huán)境效益顯著。
    3.2經(jīng)濟(jì)效益
    3.2.1降低設(shè)備投資
    淮南洛河發(fā)電廠1，2期工程4×300 MW機(jī)組FGD設(shè)施靜態(tài)投資37 200萬元，不設(shè)GGH裝置，可減少固定資產(chǎn)投資4 200萬元，扣除煙囪防腐投資385.8萬元，節(jié)省建設(shè)投資3 814.2萬元。3.2.2減少設(shè)備運(yùn)行費(fèi)
    （1）FGD設(shè)施減排SO21.6×104 t/a，折93%工業(yè)硫酸（H2SO4）成品2.64×104 t/a，按420元/t H2SO4計(jì)，扣除成本后凈效益484.41萬元/a。
    （2）FGD設(shè)施脫硫廢水30 m3/h，處理后回用，節(jié)約用水15.1×104 m3/a。工業(yè)用水按1.0元/m3計(jì)，正常工況節(jié)約水資源費(fèi)15.09萬元/a。
    （3）1，2期煙氣脫硫工程投運(yùn)后，實(shí)際石膏產(chǎn)生量5.53×104 t/a，脫硫石膏按50元/t計(jì)，直接經(jīng)濟(jì)效益276.7萬元/a。
    （4）FGD設(shè)施正常工況下，不發(fā)生水污染物超標(biāo)排污費(fèi)，減免廢水超標(biāo)排污費(fèi)13.21萬元/a。
    （5）1，2期煙氣脫硫工程環(huán)境經(jīng)濟(jì)總效益305萬元/a（不含工業(yè)H2SO4），扣除運(yùn)行成本，環(huán)境保護(hù)凈效益115.48萬元，費(fèi)效比1：0.61。