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(lái)，隨著燃煤機(jī)組煙氣超低排放改造的逐步實(shí)施，濕法脫硫作為主流的SO2控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)濕法脫硫后的煙氣具有溫度低（45～55 ℃）和濕度大2個(gè)特點(diǎn)。煙囪排放后，隨著溫度的降低，煙氣中的過(guò)飽和水蒸氣逐漸凝結(jié)析出形成白色煙羽，不僅會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)烈的視覺污染，還會(huì)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(chǎng)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(gè)換熱器（煙氣冷卻器和煙氣再熱器），通過(guò)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(guò)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(jī)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(shí)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(diǎn)：冷凝回收的水可以單獨(dú)收集處理后回用，不影響脫硫水平衡；系統(tǒng)獨(dú)立，不影響其他設(shè)備運(yùn)行。

但塔外冷凝也存在一定的劣勢(shì)：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(jià)高的問題；形成煙氣系統(tǒng)阻力，有一定的運(yùn)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(guò)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(diǎn)：運(yùn)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(wú)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(shí)，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(shí)，吸熱段引起原煙氣溫度降低會(huì)減少脫硫漿液蒸發(fā)量，凈煙氣的溫度和濕度也會(huì)降低，目標(biāo)溫度和濕度既定時(shí)，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(jī)以及空間布置情況，列出來(lái)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(huì)引起脫硫水平衡的問題。方案2 有燃煤機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行業(yè)績(jī)，技術(shù)可行。方案3在改造效果上沒有前2 個(gè)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(xiǎn)。

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(huì)效益，同時(shí)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(shí)現(xiàn)改造目標(biāo)，但環(huán)境和社會(huì)效益很難用貨幣直接衡量，現(xiàn)采用最小費(fèi)用法對(duì)各方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選。

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

最小費(fèi)用法包括費(fèi)用現(xiàn)值比較法、費(fèi)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(jì)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(yùn)行小時(shí)數(shù)按6 500 計(jì)，年利用小時(shí)數(shù)按照5 500計(jì)，固定資產(chǎn)折舊期按20 年計(jì)。

4.1.1 建設(shè)投資估算

遵守國(guó)家有關(guān)法規(guī)、技術(shù)規(guī)程和規(guī)定，結(jié)合設(shè)計(jì)資料和工程量清單，根據(jù)電力工程造價(jià)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(wàn)元

4.1.2 年費(fèi)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(huì)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(jià)為0.220 元∕（kW·h）、機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5 500 考慮，各方案增加的引風(fēng)機(jī)能耗和電費(fèi)見表3。按照成本電價(jià)為0.253 元∕（kW·h）、機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)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(fèi)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(guò)測(cè)算，該項(xiàng)目總節(jié)水量為34.44 t∕h，按工藝水價(jià)為10 元∕t、機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5 500 計(jì)，年節(jié)水18.94 萬(wàn)t，年節(jié)水費(fèi)用為189.42 萬(wàn)元。

此次改造主要有3 個(gè)原因會(huì)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(fèi)用。設(shè)備修理維護(hù)費(fèi)率為2.5%，計(jì)基數(shù)為靜態(tài)投資估算，修理維護(hù)費(fèi)用見表6。

綜上所述，各方案投資（運(yùn)營(yíng)期初的投資）及年費(fèi)用對(duì)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(yùn)營(yíng)期為20 年，折現(xiàn)率為5%，折現(xiàn)到運(yùn)營(yíng)期開始的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

4.2.1 費(fèi)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(fèi)Tab. 6 Increased repair and maintenance costs of various schemes 萬(wàn)元∕a

表7 各方案投資及年費(fèi)用對(duì)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(yùn)營(yíng)期初的費(fèi)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(fèi)用現(xiàn)值；Ai為等額年費(fèi)用；n 為計(jì)息周期數(shù)，即運(yùn)營(yíng)年限，設(shè)為20 年。

費(fèi)用現(xiàn)值計(jì)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(fèi)用現(xiàn)值最低，換熱器材質(zhì)不同時(shí)，費(fèi)用現(xiàn)值為1 435.70 萬(wàn)～2 173.87 萬(wàn)元；方案1 費(fèi)用現(xiàn)值為5 904.97 萬(wàn)元；方案2 費(fèi)用現(xiàn)值最高，換熱器材質(zhì)不同時(shí)，費(fèi)用現(xiàn)值為5 917.46 萬(wàn)～6 415.85 萬(wàn)元。

表8 費(fèi)用現(xiàn)值計(jì)算結(jié)果Tab. 8 Calculation result of current value 萬(wàn)元

4.2.2 年費(fèi)用比較法［8-11］

首先將運(yùn)營(yíng)期初的投資額轉(zhuǎn)化為年金，再與年費(fèi)用求和。

A= Ai+ A0，

A0= P0×(A0∕P0，i，n) = P0× 0.08，

P0= Ac+ I，

式中：Ai為費(fèi)用年值；A0為投資年金；P0為運(yùn)營(yíng)期初投資。

費(fèi)用年值計(jì)算結(jié)果見表9。經(jīng)過(guò)比較，在相同的設(shè)計(jì)工況下，為達(dá)到相同的改造效果，綜合方案3的年費(fèi)用最低，為115.20 萬(wàn)～174.44 萬(wàn)元。綜合方案1的年費(fèi)用為473.83 萬(wàn)元。綜合方案2的年費(fèi)用最高，為474.39萬(wàn)～514.82 萬(wàn)元。

表9 費(fèi)用年值計(jì)算結(jié)果Tab. 9 Calculation results of annual cost 萬(wàn)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(shí)，建議選擇改造效果好且經(jīng)濟(jì)性相對(duì)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(shí)，建議選擇綜合方案1。

煙羽治理方案比選時(shí)，不但要考慮方案的技術(shù)可行性、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)、政策影響、電廠自身?xiàng)l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(yùn)營(yíng)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(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。