熱管式換熱器在濕法脫硫煙氣消白中的應用

黃新杰

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍巖 364000）

1 濕煙羽形成機理分析

采用濕法煙氣脫硫的方式，雖然能取得較好的脫硫效果，但是排出的煙氣溫度通常較低，且接近與飽和狀態(tài)，當煙氣通過煙囪排放到空氣后，原來煙氣中包含的水蒸氣會變?yōu)樾∷?，在外界光的作用下，整體呈現(xiàn)出灰色或者白色，形成了大量的“白煙”，也就是“濕煙羽”現(xiàn)象，大量“白煙”的形成，容易降低空氣流動性，導致污染集聚。

2 濕煙羽消散過程分析

根據(jù)大量的研究表明，若外界大氣環(huán)境的溫度在10℃以上，當飽和濕煙氣為45℃，加熱到58℃，或者飽和濕煙氣為50℃，加熱到71℃，煙氣中就不會出現(xiàn)大量的“白煙”。現(xiàn)階段，我國在進行消白處理時，主要采用的技術為：冷凝再熱復合技術、直接進行冷卻技術及升溫再熱等三種技術。其中，圖1是濕煙羽消散技術溫濕圖。

圖1 濕煙羽消散技術溫濕圖

圖1 中，A-B-H-C技術為煙氣直接再熱技術，GGH（Gas Gas Heater、熱管式換熱器）為余熱回收處理的關鍵設備，在AB階段時，煙氣處于冷卻增濕的過程，含濕量在迅速增加，在BH階段，煙氣處于再次進行加熱的過程，而在HC段，外界大氣與煙氣實現(xiàn)了混合，煙氣中的熱量大量散去。從圖中可知，若將該過程的H點控制在1區(qū)域，煙氣中所含的水分整體處于不飽和的狀態(tài)，也就不會出現(xiàn)“濕煙羽”。反之，若其處于2區(qū)域，煙氣中包含的水分會出現(xiàn)大范圍的冷凝，也就出現(xiàn)了大量小水滴，“濕煙羽”也就形成。采用GGH的方式對預熱進行直接收集，雖然能夠取得較好的節(jié)能、經濟效果，但是對于設備阻力降壓問題需做好較好的控制，整體難度較大。

B-F-D-C過程是煙氣直接冷卻過程，當其達到了F點的位置時，飽和的水分開始析出，當在FD階段，由于煙氣中的水量較大，煙氣處于過飽和的情況，而到DC段，煙氣處于擴散的過程，其中包含的水分處于非飽和狀態(tài)，自然水分就不會析出，也就不會出現(xiàn)“濕煙羽”。選擇該技術的優(yōu)勢是，對于煙氣中包含的水分能夠做到最大限度的回收，那么煙氣中包含的易溶于水的污染物質就會降低，但是整體的耗能較大，所帶來的運行成本較高。

B-F-I-C過程是煙氣冷凝再熱復合技術流程。其中，在BF階段，煙氣中總體的含濕量明顯下降，而在FI段，會對煙氣進行再熱，通過再熱之后，煙氣整體的相對濕度會下降，IC階段是煙氣混合擴散階段，若將I點控制在1區(qū)內，飽和線和IC線段不相交，整個煙氣就處于非飽和的情況，“濕煙羽”也就不會出現(xiàn)，若到了2區(qū)，在混合擴散階段，將會出現(xiàn)大量“白煙”。該技術換熱器處于分體布置的方式，整個系統(tǒng)較為復雜，同時，需要提供循環(huán)動力，整個工藝相對要求高。綜上對比三種方式，選擇GGH型換熱器，可以將煙氣中包含的預熱直接收集，脫硫塔入口位置的煙氣溫度也較低，水分蒸發(fā)量自然較小，耗水量也會下降。本文選擇熱管式GGH換熱器，煙氣余熱能夠實現(xiàn)高效回收，同時，沒有竄風，自身沒有能耗，僅需做好清灰防堵、防腐蝕工作，設備具體運行效率較高。

3 熱管式換熱器在濕法脫硫煙氣消白中的具體應用

3.1 具體應用原理

本次選擇是的重力熱管式GGH換熱器，其整體為高效傳熱原件，殼體處于真空狀態(tài)，按照設定的充液率將管腔內部充滿介質，并進行密封形成熱管。在溫差作用下，發(fā)生“冷凝放熱—相變吸熱”。其主要的特征是導熱性較高、熱流密度較高，特別是在溫差較小的情況下，也能達到換熱量過程，這是傳統(tǒng)常規(guī)換熱器不能相比的，且整體的能耗較低，在當前余熱回收方面取得了較好的應用。同時，每個支管均是相互獨立的，也就是若出現(xiàn)了單根或者數(shù)根熱管故障的情況，煙氣泄露的情況也不會發(fā)生，整體的換熱效果不變。在進行維修時，也更加便捷，使用的總壽命也較長。

3.2 具體應用

以某公司50t/h的混燃爐煙氣凈化工程為案例，在該工程煙氣預熱回收中，使用熱管式GGH直接將預熱回收，這樣煙氣經過脫硫后和電除塵器出口煙氣進行熱交換，煙氣最終排放的溫度超過了80℃，整體達到了超潔凈排放的效果。具體應用設計參數(shù)為：

煙氣體積流量100000m3/h，脫硫塔入口位置的溫度150℃，出口溫度為58℃，整體的水分比例為7.8%。重力管的基管選擇的是不銹鋼，同時配置了清灰裝置。在2018年12月29日，對整體的運行數(shù)據(jù)進行了采集，整體的運行情況較好，監(jiān)測點附近溫度變化較小，沒有出現(xiàn)“濕煙羽”的情況出現(xiàn)。

3.3 應用中注意問題

（1）做好防腐蝕

熱管式換熱器在具體使用的過程中，出現(xiàn)腐蝕情況的概率很高。導致其出現(xiàn)腐蝕的主要原因有：積水、積灰、煙氣參數(shù)變化等。在具體維護的過程中，應當注意如下方面：對換熱器進行合理的設計，熱管表面的溫度要做好控制，特別是對于露點腐蝕的情況應當做好預防，卻把熱管處于允許腐蝕范圍內。這里可以選擇不同級別的耐腐蝕材料制作管殼，主要目的是為了更好的防止酸腐蝕的出現(xiàn)。當前使用較多的材料有氟塑料，還有的采用ND鋼，其成本總體較低，同時，搪瓷管、塑管等復合材料也使用較多。

（2）做好防堵塞

熱管式換熱器在使用時，其設計是否合理會直接影響到其使用效果。例如：熱管式換熱器的覆蓋范圍、吹灰器噴頭位置、數(shù)量、布置方式、熱交換形式、高度等，對于熱管式換熱器堵塞、結垢、積灰等有著較大的影響。溫度較高的煙氣通過除塵設備之后，進入到熱管式換熱器當中，會在熱管式換熱器表面出現(xiàn)明顯的集灰，從而導致整個系統(tǒng)運行阻力增加，換熱效果也必然降低，長期以往，會導致熱管式換熱器堵塞，換熱的總體效率也會明顯下降。因此，做好防堵塞工作較為關鍵。在具體應用時，需要對熱管式換熱器設計出合理的間排距，盡量采用模塊的方式進行管道進行布設，同時將清掃設備裝配段的位置也預留出來，在溫度較高的一側，各個翅片之間的間距應當適當加大，從而降低灰塵出現(xiàn)堆積的情況，在煙氣的入口位置應當加入擋灰段，加裝聲波吹灰器定時吹掃。凈煙氣側做好排水設計，使用高壓水槍沖洗熱管表面定期清掃，從而保證換熱器高效運作。

結語

綜上分析，在進行濕法脫硫煙氣消白的過程中，通過使用熱管式換熱器能夠取得較好的效果，其在導熱性、高效率、不泄露、能耗低等方面有著傳統(tǒng)工藝不能比擬的優(yōu)勢，可有效將脫硫塔入口煙氣溫度降低，將排煙溫度提升，煙囪周邊污染物濃度也會明顯下降，“濕煙羽”情況也會得到較好消除。