濕法煙氣脫硫裝置煙羽治理技術(shù)研究

呂 爽

（南京生物醫(yī)藥谷建設發(fā)展有限公司 江蘇南京 210061）

引言

濕式煙氣脫硫中煙囪排出的飽和濕煙氣與溫度較低的環(huán)境空氣接觸時，在煙氣降溫過程中，煙氣中所含水蒸氣過飽和凝結(jié)，凝結(jié)水滴對光線產(chǎn)生折射、散射，從而使煙羽呈現(xiàn)出白色或者灰色，其被稱為“濕煙羽”[1]。

目前，我國大量的鍋爐機組煙氣脫硫采用濕法脫硫工藝。主要為氨法脫硫工藝。此工藝采用氨水或液氨作為脫硫劑，去除煙氣中的二氧化硫，原煙氣通過脫硫塔吸收后凈煙氣溫度降低到50～60℃，煙氣從高溫干煙氣變?yōu)榈蜏仫柡蜐駸煔?，?jīng)煙囪或塔頂直排煙囪進入大氣環(huán)境，遇冷凝結(jié)成微小液滴，產(chǎn)生“白色煙羽”。白色煙羽不僅造成視覺污染，同時腐蝕周邊設備和環(huán)境，對周圍居民生活造成困擾。

1 產(chǎn)生機理

濕法脫硫之所以產(chǎn)生白煙，是因為在濕式脫硫系統(tǒng)中，脫硫劑溶液和高溫煙氣直接接觸，使煙氣被增濕冷卻，而脫硫劑溶液中的水分則吸熱汽化，導致煙氣中的水蒸汽總量大大增加。而隨著脫硫過程的進行，煙氣溫度逐漸降低，煙氣溫度的降低使煙氣攜帶蒸汽的能力降低，70℃的煙氣達到飽和的情況下所能攜帶的水蒸汽量為0.1967kg/m3（見圖1），50℃時的煙氣達到飽和的情況下所能攜帶的水蒸汽量為0.0827 kg/m3（煙氣），單位體積煙氣的水蒸汽攜帶能力降低了近140%。若環(huán)境溫度為25℃時，此時煙氣達到飽和的情況下所能攜帶的水蒸汽量為0.023kg/m3，煙氣排放溫度為50℃，排出大氣后煙氣會有5～15℃的溫度下降，超出了煙氣的攜帶水蒸汽的能力，就會有大量的水蒸汽凝結(jié)為小水滴，加上粉塵的作用，濕煙氣直接排放形成白煙。[2][3]

反應結(jié)束后需將分子篩反應釜的物料冷卻。裝置設計了油冷卻器，油冷卻器可以將分子篩反應釜內(nèi)溫度在較短的時間里降至80℃左右。

圖1 飽和濕空氣含水量與溫度曲線

2 防治措施

由以上分析可知，要避免產(chǎn)生白煙現(xiàn)象，必須降低煙氣的水蒸汽飽和度。

“消白”技術(shù)主要分為以下幾種：干法脫濕、冷凍脫濕以及過濾脫濕。五冶集團的“CN103432861B-燒結(jié)脫硫除白煙系統(tǒng)及其工藝流程”[4]和華能集團的“CN104226088A-一種火電廠煙氣超低溫超凈排放系統(tǒng)及方法”[5]即采用冷凍脫濕的技術(shù)，此項技術(shù)需要有深冷源，由于低溫煙氣中水分比較少，分壓太低，冷凝除水效果不是很明顯，而且能耗太高，尾氣脫白沒有太多案例，不適用于大風量的低溫凈煙氣脫白。

干法脫濕是凈煙氣常用的治理措施，主要分為以下幾種:

圖2 濕式脫硫裝置過程中煙氣濕度變化示意圖

（1）將新鮮（熱）空氣與濕煙氣混合。圖2中從C點引飽和線的切線與AB線相交于F，如果混合后的煙氣狀態(tài)位于自F至A點一側(cè)即可避免白煙產(chǎn)生。此方案的缺點是需要另外增加一臺或者數(shù)臺稀釋風機和加熱系統(tǒng)，同時要保證引入的稀釋風中粉塵和SO2等有害物質(zhì)的濃度低于排放標準。合瓂節(jié)能環(huán)保CN101279182專利中則采用引入干空氣，降低尾氣的單位含濕量（總量沒變，單位含濕量降低）[6]。

（2）將熱煙氣與濕煙氣混合。浙江大學CN1424131專利技術(shù)，針對干燥尾氣采用足量的水進行降溫、減濕后再與熱煙氣進行混合的方法，滿足脫白的目的。

（3）采用換熱器來加熱煙氣，使煙氣的溫度升高，從而消除白煙。韓國現(xiàn)代自動車株式會社采用加熱尾氣，維持尾氣溫度在不飽和濕度。

根據(jù)換熱器的類型不同可采用：管式換熱器（MRG）、氣氣換熱器、氣/汽換熱器、水氣換熱器（MGGH)等。[13]

表1 各換熱器特點

由表1可知，管式換熱器采用熱管換熱，能耗比較低，后期維護也比較簡單，但是前期投資比較大，同時也占用較大的地方。

水/氣換熱器和汽/氣換熱器設備占地不太大，便是后期能耗和系統(tǒng)維護費用都比較大。水氣換熱器（MGGH）投資費用比較大，適用于350MW或者1000MW的大型機組。

氣/氣換熱器采用回轉(zhuǎn)式空氣預熱器，運行時工質(zhì)結(jié)露比較嚴重，裝置維護比較復雜。

因此采用哪一種換熱需要根據(jù)項目的實際情況采用合適的方法。

（4）濕式電除霧。在燒結(jié)煙氣和電力行業(yè)，也有采用濕式電除霧+與熱煙氣混合的方式，按煙氣量100萬Nm3/H設計，電除霧的投資約為3200萬左右，運行能耗在1100萬左右，可消除全年大部分白煙。景南環(huán)保的“CN206838310U-等離子消白煙裝置”則是采用等離子的方法進行除霧[7]。

表2 濕式電除霧技術(shù)

（5）德興節(jié)能環(huán)保的“CN104990096A-一種煙囪白煙低能耗治理方法”在煙囪中設置換熱器，先冷卻再升溫的方法來進行脫白。“CN106512637A-一種消除白煙的裝置和方法”也是采用先用循環(huán)水對煙氣進行冷卻，再用熱空氣混合進行換熱的方法?！癈N107042061A-一種應用于燃煤電廠消除煙囪白煙的方法及裝置”等均采用此類方法。[8][9]

（6）“CN105268301A-一種濕法脫硫白煙拖尾的治理裝置和方法”采用冷卻的方式，減少煙氣中的含水量。化六建的“CN106334419A-一種制冷加熱法除白煙的裝置”采用熱泵的原理對尾氣先冷卻再升溫的方法進行脫白。[10][11]

（7）洛陽瑞陽石化的“CN106871146A-一種消除濕法脫硫白煙的煙囪”專利中在煙囪頂部設有夾套，熱空氣從夾套排放將冷煙氣包裹在中心區(qū)域達到消白的目的。[12]

結(jié)語

（1）鍋爐煙氣脫硫后濕煙氣中含有大量水分，且約70%的熱能以水蒸氣潛熱形式排放，通過合理的除濕方式，可以回收大量水分及其汽化潛熱，實現(xiàn)節(jié)水降耗，具有廣闊的應用空間。國外已在此領(lǐng)域深入研究多年，國內(nèi)研究仍有待進一步深入拓展。

（2）尾氣白煙的根本原因在于煙氣的水蒸汽過飽和，“脫白”方法在于提高煙氣溫度以降低煙氣的水蒸汽的飽和度或者降低溫度至環(huán)境溫度以下，具體要根據(jù)實際情況進行綜合性分析，例如是否有可利用的熱源、冷源，濕法脫硫塔是側(cè)排還是直排，項目的經(jīng)濟效益和投資等。