周楠，梁秀進(jìn)，李壯

ZHOU Nan，LIANG Xiujin，LI Zhuang

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州310030）

（China Huadian Electric Research Institute Company Limited，Hangzhou 310030，China）

0 引言

近年來，隨著燃煤機(jī)組煙氣超低排放改造的逐步實施，濕法脫硫作為主流的SO2控制技術(shù)在國內(nèi)燃煤機(jī)組廣泛應(yīng)用。經(jīng)過濕法脫硫后的煙氣具有溫度低（45～55 ℃）和濕度大2個特點。煙囪排放后，隨著溫度的降低，煙氣中的過飽和水蒸氣逐漸凝結(jié)析出形成白色煙羽，不僅會產(chǎn)生較強(qiáng)烈的視覺污染，還會因煙氣排放高度不夠、環(huán)境容量有限，其攜帶的氣溶膠、可溶性鹽對環(huán)境造成一定的污染。

目前，浙江、河北、廣東、陜西、新疆、上海、天津等地為加大環(huán)境保護(hù)力度，改善當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境，要求采取煙溫控制及其他有效措施消除石膏雨、有色煙羽等現(xiàn)象，且改造工期較緊。在此背景之下，部分電廠進(jìn)行了煙羽治理的改造，本文以某電廠2×300 MW 機(jī)組白色煙羽治理改造為例，對不同治理方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

1 鍋爐及環(huán)保設(shè)施簡介

該電廠2×300 MW發(fā)電機(jī)組鍋爐為亞臨界、四角切圓燃燒、一次再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣燃煤鍋爐，配置選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝裝置、雙室霧電場靜電除塵器、串聯(lián)脫硝吸收塔及濕式電除塵器等環(huán)保設(shè)施。

2 煙羽治理技術(shù)路線

目前，煙羽治理的主流技術(shù)路線有直接加熱技術(shù)、冷凝除濕技術(shù)和冷凝-再熱技術(shù)［1-6］。

2.1 直接加熱技術(shù)

直接加熱技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的是水媒式煙氣-煙氣換熱器（Water Gas Gas Heater，WGGH），工藝流程如圖1所示。在除塵器或脫硫塔前和煙囪入口煙道分別布置2 個換熱器（煙氣冷卻器和煙氣再熱器），通過熱媒水將原煙氣熱量傳遞給凈煙氣，提高凈煙氣溫度，達(dá)到消除或減輕“白煙”現(xiàn)象、提高煙氣排放高度的目的。

圖1 WGGH工藝流程（以冷卻器布置在除塵器前為例）Fig.1 WGGH process flow（taking the cooler in front of the dust collector）

2.2 冷凝除濕技術(shù)

煙氣冷凝除濕技術(shù)是指將脫硫后的飽和煙氣冷凝，煙氣中的水蒸氣在冷凝過程中相變析出，達(dá)到收水降濕的目的。該技術(shù)已有部分業(yè)績用于煙氣消白、除塵除霧，是一種比較成熟可靠的技術(shù)。

2.2.1 塔外冷凝

塔外冷凝是指將脫硫塔出口的煙氣冷卻冷凝，實現(xiàn)降低煙氣溫度和濕度的目的。目前，根據(jù)換熱器形式的不同，塔外冷凝有噴淋冷凝和換熱冷凝2種，工藝流程分別如圖2、圖3所示。

塔外換熱器冷凝主要存在以下優(yōu)點：冷凝回收的水可以單獨收集處理后回用，不影響脫硫水平衡；系統(tǒng)獨立，不影響其他設(shè)備運行。

但塔外冷凝也存在一定的劣勢：換熱器若選用耐腐蝕能力強(qiáng)的材質(zhì)，通常存在體積大、造價高的問題；形成煙氣系統(tǒng)阻力，有一定的運行能耗，在風(fēng)機(jī)裕量不足的情況下，需要進(jìn)行引風(fēng)機(jī)改造；需要在煙氣冷凝器后增設(shè)煙道除霧器。

2.2.2 塔內(nèi)冷凝（漿液冷凝）

圖2 噴淋冷卻冷凝工藝流程Fig.2 Spray cooling and condensation process

塔內(nèi)冷凝技術(shù)是通過煙氣-漿液-循環(huán)冷卻水-冷源之間的換熱，降低煙囪入口煙氣溫度和濕度，達(dá)到治理“白色”煙羽的目的，其工藝流程如圖4所示。

塔內(nèi)漿液冷凝技術(shù)具有以下優(yōu)點：運行能耗低；水分回收效率高；換熱效率高，漿液換熱采用水∕水專用換熱器，漿液∕煙氣為無端差混合換熱；降溫段∕升溫段為專用換熱器，效率高，端差?。粺煹雷枇υ黾有?。

圖3 塔外間壁式冷卻冷凝工藝流程Fig.3 Flow of wall-type external cooling and condensation process

2.3 冷凝-再熱技術(shù)

冷凝-再熱技術(shù)是煙氣再熱與煙氣冷凝技術(shù)的組合，在有煙氣冷凝時，因煙氣含濕量降低，相同的條件下達(dá)到相同的消白效果，煙氣再熱幅度比直接再熱??；同時，吸熱段引起原煙氣溫度降低會減少脫硫漿液蒸發(fā)量，凈煙氣的溫度和濕度也會降低，目標(biāo)溫度和濕度既定時，減少了煙氣冷凝器換熱量。如圖5、圖6所示。

圖4 塔內(nèi)漿液冷凝除濕工藝流程Fig.4 Flow of internal slurry condensation and dehumidification process

圖5 塔外冷凝-再熱工藝流程（以冷卻器布置在除塵器前為例）Fig.5 Flow of external condensation and reheating process（taking the cooler in front of the dust collector）

圖6 塔內(nèi)冷凝-再熱工藝流程（以冷卻器布置在除塵器前為例）Fig.6 Flow of internal condensation and reheating process（taking the cooler in front of the dust collector）

3 改造方案選擇

綜合考慮各技術(shù)路線和應(yīng)用業(yè)績以及空間布置情況，列出來以下3種綜合改造方案，見表1。

從技術(shù)上分析，方案1 中冷凝器采用的是塔內(nèi)冷凝技術(shù)，會引起脫硫水平衡的問題。方案2 有燃煤機(jī)組長期安全穩(wěn)定運行業(yè)績，技術(shù)可行。方案3在改造效果上沒有前2 個方案好，適用于環(huán)保改造政策要求不十分嚴(yán)格的地區(qū)，若環(huán)保改造政策要求變嚴(yán)格，存在二次改造的政策風(fēng)險。

4 改造方案經(jīng)濟(jì)性分析

該電廠改造的主要目的是獲得良好的環(huán)境效益和社會效益，同時盡可能節(jié)約能源，主要體現(xiàn)為：煙氣排放煙溫達(dá)標(biāo)，消除視覺污染，減少煙氣中顆粒物和SO3等污染物的排放，改善當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境。

此次改造采用以上各方案均能實現(xiàn)改造目標(biāo)，但環(huán)境和社會效益很難用貨幣直接衡量，現(xiàn)采用最小費用法對各方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選。

最小費用法是指各方案收益相等的條件下，對各方案的費用進(jìn)行比較，以效益極大化為目標(biāo)，基于費用較小的項目比費用較大的項目更可取的原則來選擇最佳方案。最小費用法計算的費用包括各方案的投資總額和各方案在項目壽命期的各種費用（主要為年運行管理費用）。費用最小的方案為最優(yōu)方案。

最小費用法包括費用現(xiàn)值比較法、費用年值比較法，現(xiàn)根據(jù)上述方案分別采用這2 種方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選。

表1 改造方案Tab.1 Transformation schemes

4.1 各方案經(jīng)濟(jì)比選基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

該電廠2×300 MW 機(jī)組的設(shè)計壽命為20 年，建設(shè)期為1年，假設(shè)建設(shè)投資在建設(shè)期均衡投入，貸款利率為5%。機(jī)組年運行小時數(shù)按6 500 計，年利用小時數(shù)按照5 500計，固定資產(chǎn)折舊期按20 年計。

4.1.1 建設(shè)投資估算

遵守國家有關(guān)法規(guī)、技術(shù)規(guī)程和規(guī)定，結(jié)合設(shè)計資料和工程量清單，根據(jù)電力工程造價與定額管理總站2016 年發(fā)布的電力建設(shè)工程定額編制工程投資估算，見表2。

表2 工程投資估算Tab.2 Investment estimation 萬元

4.1.2 年費用分析［7-8］

此次改造增加的能耗包括煙氣阻力增加導(dǎo)致的引風(fēng)機(jī)電耗增加和水系統(tǒng)改造增加的能耗，減少的能耗包括煙溫變化節(jié)約的水耗。

電耗分析主要考慮風(fēng)機(jī)增加的電耗和水系統(tǒng)增加的電耗。塔外煙氣冷凝方案中煙氣冷凝器增加阻力會導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)能耗增加，塔內(nèi)漿液冷凝方案不新增引風(fēng)機(jī)能耗。

按成本電價為0.220 元∕（kW·h）、機(jī)組年利用小時數(shù)為5 500 考慮，各方案增加的引風(fēng)機(jī)能耗和電費見表3。按照成本電價為0.253 元∕（kW·h）、機(jī)組年運行小時數(shù)為6 500 考慮，各方案水系統(tǒng)（包含水泵、濾水器等）增加的能耗和電費見表4。

表3 各方案增加的風(fēng)機(jī)能耗Tab. 3 Increased energy consumption for fans in various schemes

表4 各方案增加的水系統(tǒng)能耗Tab. 4 Increased energy consumption for water systems in various schemes

此次改造節(jié)約的水量主要包括：冷凝器煙氣降溫析出冷凝水，煙氣換熱器∕余熱回收系統(tǒng)煙氣降溫節(jié)水。通過測算，該項目總節(jié)水量為34.44 t∕h，按工藝水價為10 元∕t、機(jī)組年利用小時數(shù)為5 500 計，年節(jié)水18.94 萬t，年節(jié)水費用為189.42 萬元。

此次改造主要有3 個原因會導(dǎo)致煤耗發(fā)生變化：（1）電耗增加引起煤耗增加；（2）凝汽器背壓升高引起機(jī)組發(fā)電煤耗增加；（3）方案3中余熱回收降低煤耗。各方案煤耗見表5。

除了增加能耗，改造還增加了年修理維護(hù)費用。設(shè)備修理維護(hù)費率為2.5%，計基數(shù)為靜態(tài)投資估算，修理維護(hù)費用見表6。

綜上所述，各方案投資（運營期初的投資）及年費用對比見表7。

4.2 方案比選分析

該機(jī)組建設(shè)期為1 年，假設(shè)建設(shè)投資在建設(shè)期均衡投入，建設(shè)期貸款利率為5%，運營期為20 年，折現(xiàn)率為5%，折現(xiàn)到運營期開始的時間節(jié)點。

4.2.1 費用現(xiàn)值比較法［9-12］

P0= Ac+ I + Pi，

表5 各方案煤耗變化Tab. 5 Coal consumption changes of various schemes

表6 各方案增加的修理維護(hù)費Tab. 6 Increased repair and maintenance costs of various schemes 萬元∕a

表7 各方案投資及年費用對比Tab. 7 Comparison of investment and annual expenses of various schemes

I = Ac× 0.5× i，

Pi= Ai×(Pi∕Ai，i，n) = Ai× 12.462 2，

式中：P0為折現(xiàn)到運營期初的費用現(xiàn)值；Ac為建設(shè)期初投資；I 為建設(shè)期貸款利息；i 為建設(shè)期貸款利率，5%；Pi為年費用現(xiàn)值；Ai為等額年費用；n 為計息周期數(shù)，即運營年限，設(shè)為20 年。

費用現(xiàn)值計算結(jié)果見表8：為達(dá)到相同工況下相同的改造效果，方案3費用現(xiàn)值最低，換熱器材質(zhì)不同時，費用現(xiàn)值為1 435.70 萬～2 173.87 萬元；方案1 費用現(xiàn)值為5 904.97 萬元；方案2 費用現(xiàn)值最高，換熱器材質(zhì)不同時，費用現(xiàn)值為5 917.46 萬～6 415.85 萬元。

表8 費用現(xiàn)值計算結(jié)果Tab. 8 Calculation result of current value 萬元

4.2.2 年費用比較法［8-11］

首先將運營期初的投資額轉(zhuǎn)化為年金，再與年費用求和。

A= Ai+ A0，

A0= P0×(A0∕P0，i，n) = P0× 0.08，

P0= Ac+ I，

式中：Ai為費用年值；A0為投資年金；P0為運營期初投資。

費用年值計算結(jié)果見表9。經(jīng)過比較，在相同的設(shè)計工況下，為達(dá)到相同的改造效果，綜合方案3的年費用最低，為115.20 萬～174.44 萬元。綜合方案1的年費用為473.83 萬元。綜合方案2的年費用最高，為474.39萬～514.82 萬元。

表9 費用年值計算結(jié)果Tab. 9 Calculation results of annual cost 萬元

5 結(jié)論

在環(huán)保改造政策不十分嚴(yán)格的地區(qū)，建議選擇經(jīng)濟(jì)性最好的綜合方案3；環(huán)保改造政策要求嚴(yán)格且不存在脫硫水平衡問題時，建議選擇改造效果好且經(jīng)濟(jì)性相對較好的綜合方案2；環(huán)保改造政策要求嚴(yán)格且存在脫硫水平衡問題時，建議選擇綜合方案1。

煙羽治理方案比選時，不但要考慮方案的技術(shù)可行性、實施風(fēng)險、政策影響、電廠自身條件等，還要考慮相關(guān)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。不僅要考慮建設(shè)期，還要考慮運營期間管理和維護(hù)的難易和成本等。綜合多種因素進(jìn)行分析比較，使各種資源都能得到充分而合理的利用，從而取得較好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。