消除有色煙羽技術(shù)路線與設(shè)備介紹

陳雄偉

【摘要】本文介紹了工業(yè)窯爐消除有色煙羽的概念、政策法規(guī)和主要消白工藝路線對(duì)其各類型設(shè)備特點(diǎn)做了介紹，為工業(yè)爐窯用戶和環(huán)保工程成套商環(huán)保達(dá)標(biāo)升級(jí)改造提供參考。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)爐窯;消白;脫白;環(huán)保;超凈排放;有色煙羽

1、有色煙羽成因

我國(guó)鋼鐵、電力、焦化、化工等許多行業(yè)脫硫大多采用濕法脫硫工藝，全國(guó)92%以上的燃煤機(jī)組采用濕法石灰石-石膏法工藝。這種工藝采用脫硫漿液吸收煙氣中的二氧化硫、三氧化硫，同時(shí)將煙溫降低到 50-55℃，產(chǎn)生低溫飽和濕煙氣，排空過程中，遇冷凝結(jié)成微小液滴，產(chǎn)生“有色煙羽”，俗稱“大白煙”。

2、消白原因

2011年底，北方地區(qū)持續(xù)大霧，能見度低，首次讓PM2.5成為公眾持續(xù)關(guān)注的話題。2013年，提出霧霾名詞。2015年發(fā)改委、環(huán)保部等多部門提出“超低排放”，東部地區(qū)、中部地區(qū)、西部地區(qū)將分別在 2017年、2018年和 2020年前基本完成所有燃煤電廠的超低排放改造。2017年，上海、浙江、天津、江西、唐山、邯鄲、徐州、連云港、臨汾等地陸續(xù)出臺(tái)地方標(biāo)準(zhǔn)要求煙氣脫白、治理有色煙羽。

濕法脫硫煙氣中的PM10、大量水蒸氣、SO3會(huì)加重霧霾，通過煙氣消白設(shè)備去除絕大部分。還可以利用消白設(shè)備截留利用凝水;回收利用余熱;低投入低成本處理利用廢水，去除SO3協(xié)助實(shí)現(xiàn)超凈排放。

3、消白技術(shù)、工藝路線及其特點(diǎn)

消白機(jī)理：脫白最關(guān)鍵的是降低煙氣水蒸氣過飽和凝結(jié)，單獨(dú)加熱煙氣或讓煙氣冷凝產(chǎn)生凝結(jié)水的辦法是降低水蒸氣過飽和程度的一種方法，也可以通過降低煙氣含水率同時(shí)加熱煙氣。

煙氣加熱法在一定條件下能夠消除濕煙雨，但隨著環(huán)境溫度降低、環(huán)境濕度提高徹底消除濕煙雨會(huì)變得越來越不經(jīng)濟(jì)。煙氣降溫法在一定條件下能夠消除濕煙雨，但隨著環(huán)境溫度降低、環(huán)境濕度提高，不能完全消除濕煙雨。

在可行的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，煙氣冷凝再熱法適應(yīng)環(huán)境條件范圍最廣，煙氣再熱次之，煙氣冷凝最小;在部分極端環(huán)境條件下，三種技術(shù)路線均無法有效消除濕煙羽（除非不計(jì)代價(jià)）。

消白主流工藝：

3.1采用半干法、干法脫硫工藝部分代替濕法脫硫工藝達(dá)到消白效果煙氣脫硫技術(shù)種類達(dá)幾十種，按脫硫過程是否加水和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)，煙氣脫硫分為：濕法、半干法、干法三大類脫硫工藝。

采用半干法、干法脫硫工藝過程為干態(tài)，不受煙氣負(fù)荷限制，對(duì)煤質(zhì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適用于低硫煤。脫硫效率高，已有運(yùn)行的項(xiàng)目均可達(dá)90%以上，根據(jù)要求部分項(xiàng)目可達(dá)99%，水耗低，耗水量約占濕法脫硫的40%～60%，無廢水排放，滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求。

脫硫工藝出口煙氣溫度高于78℃，無需煙氣再熱排放，煙囪出口煙氣流速較高，不會(huì)產(chǎn)生白煙，不影響煙囪的自拔力，煙氣的擴(kuò)散效果好，出口粉塵、NOx的落地濃度較低，滿足超低排放要求，對(duì)周圍環(huán)境影響小。技術(shù)成熟，在國(guó)內(nèi)外已成功運(yùn)行“超潔凈”業(yè)績(jī)，包括“1000MW、600MW、350MW”大型機(jī)組，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。

3.2單獨(dú)采用降溫冷凝工藝

降低原煙氣溫度：減少脫硫塔水耗，減少排濕;降低凈煙氣溫度：降低煙氣飽和溫度，將煙氣中的水蒸汽凝結(jié)，減少;排濕。采用的工藝分別是在脫硫塔前采用煙氣換熱冷卻設(shè)備，在脫硫塔里面使用漿液冷卻器和塔后使用的煙氣冷卻器以及直接噴淋超低脫白工藝。因中國(guó)地域廣闊，天氣條件不同，南北差異很大，各地采用標(biāo)準(zhǔn)不同，例如天津出臺(tái)了量化除濕脫白控制標(biāo)準(zhǔn)，采暖季排煙溫度45℃、含濕量8.5%以下，非采暖季48℃、含濕量9.5%以下，能達(dá)到消白效果。通過降溫后，減少排入大氣的水量，截留利用凝水作為脫硫補(bǔ)充水。

3.3單獨(dú)采用加熱升溫工藝

加熱溫度與環(huán)境濕度有關(guān)系，50℃的濕煙氣、在10℃的環(huán)境下加熱到80℃; 同樣50℃的濕煙氣、在5℃的環(huán)境下、需要加熱到95℃; 如果環(huán)境溫度更低，則需要加熱的溫度更高。上海市環(huán)境保護(hù)局于2017年6月7日印發(fā)了《上海市燃煤電廠石膏雨和有色煙羽測(cè)試技術(shù)要求（試行）》，明確采取煙氣加熱技術(shù)的，正常工況下排放煙溫應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定達(dá)到75℃以上，冬季（每年11月至來年2月）和重污染預(yù)警啟動(dòng)時(shí)排放煙溫應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定達(dá)到78℃以上。

3.4煙氣降溫、除濕、再熱工藝

煙氣除濕有很多方法，其中有濕電、旋流、管束、渦流、直接噴淋冷凝、換熱器直接和間接換熱冷凝。各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用那種方法需要看所在地能提供什么條件和綜合經(jīng)濟(jì)因素。再熱裝置可以采用混風(fēng)或直接加熱、換熱升溫等方法。以上海市的觀測(cè)環(huán)境條件作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)，若先將煙氣冷凝至45℃，再加熱至56℃即可消除白色煙羽。

中間熱媒水煙氣換熱工藝（Media gas- gas heater，MGGH）是基于熱媒體為載體的氣氣換熱工藝，是一種常用消白工藝，煙氣冷卻器布置在除塵器之后，煙氣再熱器設(shè)置在脫硫吸收塔后，先用熱煙氣加熱工作液體，通過循環(huán)流動(dòng)，工作液體再加熱脫硫吸收塔后的冷煙氣;具有熱煙氣余熱回收和冷煙氣再熱相互獨(dú)立性的特點(diǎn)，不存在冷熱煙氣短路造成SO2泄露等問題，具有更加良好的環(huán)保、節(jié)能效果。

4、消白工藝設(shè)備及其特點(diǎn)

（1）國(guó)內(nèi)外煙氣消白工藝中所采用的換熱器主要有回轉(zhuǎn)式煙氣換熱（RGGH），國(guó)內(nèi)燃煤電廠脫硫換熱器基本上全部采用RGGH。它具有可在線調(diào)節(jié)的非接觸式的板式雙密封系統(tǒng)，減少了密封件的磨損和煙氣的泄漏。采用濕法靜電噴涂的鍍搪瓷換熱元件不但具有最優(yōu)異的運(yùn)行性能，還有使用壽命長(zhǎng)，缺陷少，防止裂紋，以及最佳的換熱元件邊緣覆蓋等特性。還有一種新型GGH， 無漏風(fēng)無串漏，抗堵塞，煙氣不摻混超凈排放;無動(dòng)設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低，維沖洗便捷，除濕減排效果好，脫白更徹底;性能穩(wěn)定維護(hù)費(fèi)用低，能耗低經(jīng)濟(jì)性好，設(shè)備壽命長(zhǎng)性價(jià)比高。

（2）MGGH工藝中煙氣冷卻器和煙氣再熱器產(chǎn)品采用模塊化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量少、模塊之間的組裝工程量少，制造和安裝質(zhì)量能得到有效保證;設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于清洗、檢修。換熱管采用光管和翅片管兩種形式，煙氣冷卻器的煙溫較低，接近酸露點(diǎn)溫度，煙氣再熱器布置在脫硫塔之后，換熱元件處于低溫腐蝕的條件下工作，腐蝕性很強(qiáng)。煙氣冷卻器換熱元件采用ND鋼或氟塑料換熱器，殼體采用碳鋼。煙氣再熱器換熱材質(zhì)一般選用316L奧氏體不銹鋼、904L超級(jí)奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼 2205或氟塑料換熱器等耐腐蝕材料。采用2205不銹鋼或氟塑料管，但造價(jià)太高，新型搪瓷換熱管大幅提升性價(jià)比。

（3）氟塑料換熱器是指小直徑氟塑料軟管作為傳熱組件的換熱器，常用的氟塑料有聚四氟乙烯（F4）、聚全氟代乙丙烯（F46）和可熔性聚四氟乙烯（PFA）。氟塑料換熱器主要用于工作壓力為0.2～0.4MPa﹑工作溫度在200℃以下的各種強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱﹐如硫酸﹑腐蝕性極強(qiáng)的氯化物溶液﹑醋酸和苛性介質(zhì)的冷卻或加熱。氟塑料具有突出的表面自潤(rùn)滑性，幾乎所有粘性物質(zhì)均不能粘附到其表面，在煙氣流動(dòng)時(shí)，氟塑料管微微顫動(dòng)，潤(rùn)滑的表面可以緩沖和減輕灰份的切削磨損，具有耐磨損、防腐蝕和防堵灰特性。氟塑料換熱器的主要零部件有：換熱管，布管系統(tǒng)，管板等。

（4）熱管式換熱器通過在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，傳熱效率高、具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小、有利于控制露點(diǎn)腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)。用于品位較低的熱能回收?qǐng)龊戏浅＝?jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)是抗氧化、耐高溫性能較差。此缺點(diǎn)可以通過在前部安裝一套陶瓷換熱器來予以解決，陶瓷換熱器較好地解決了耐高溫、耐腐蝕的難題。

（5）漿液冷卻器：通過冷卻漿液的方法，降溫冷凝：結(jié)構(gòu)采用耐堵塞高效換熱器結(jié)構(gòu)，換熱器立式布置，利用現(xiàn)有漿液管道豎直管部分進(jìn)行改造;換熱器底部、頂部設(shè)置漿液接口，上、下部側(cè)邊設(shè)置水側(cè)接口，漿液自下而上流動(dòng)，冷卻水自上而下流動(dòng)，兩側(cè)均為單程，呈純逆流換熱，提高傳熱效率;利用冷卻脫硫漿液間接冷卻凈煙氣，降低煙氣飽和溫度，將煙氣中的水蒸汽凝結(jié)，減少煙氣排濕量，可靠消白的同時(shí)，具有強(qiáng)化除塵脫硫功能，運(yùn)行可靠、耐堵塞、耐腐蝕，實(shí)施簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。減少煙氣絕對(duì)含濕量，從根本上減弱白煙的形成。

（6）DMPTH冷凝消白除塵一體化設(shè)備采用的是中空的波紋板形式，材質(zhì)選用PTH導(dǎo)熱聚丙烯，內(nèi)通除鹽水作為傳熱介質(zhì)，有良好的換熱性能且具有非常好的除塵除霧功能，可以布置在水平煙道內(nèi)，也可以選擇安裝在吸收塔內(nèi);以消白為目的的深度降溫可以理解為多級(jí)輕度裝置疊加使用。如果應(yīng)用于吸收塔內(nèi)布置，冷凝液回落后進(jìn)入除霧塔內(nèi)，對(duì)除霧器進(jìn)行沖洗，其含固量較低，用于脫硫制漿的補(bǔ)水，可連同除霧器一并進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。采用多級(jí)多段連接布置方式，內(nèi)部設(shè)置檢修通道，采用法蘭連接結(jié)構(gòu)，有利于生產(chǎn)，運(yùn)輸，安裝。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祥光.《脫硫技術(shù)》[M].化學(xué)工業(yè)出版社出版，2013.

[2]《上海市燃煤電廠石膏雨和有色煙羽測(cè)試技術(shù)要求（試行）》.

[3]《天津市2017年大氣污染防治工作方案》.

[4]劉晨.2018全國(guó)鋼鐵、焦化行業(yè)超低排放交流會(huì)暨三脫（脫硫脫硝脫白）關(guān)鍵技術(shù)推薦會(huì)，煙氣超低排放與除濕脫白的方案選擇，