TSD脫白技術(shù)在中小型鍋爐上的應(yīng)用

王銳

（湖南宏福環(huán)保股份有限公司，長沙 410205）

引言

鍋爐后端加裝濕法脫硫系統(tǒng)后，脫硫循環(huán)漿液與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，發(fā)生傳熱傳質(zhì)。水分蒸發(fā)，增加了煙氣的含濕量，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達到飽和狀態(tài)后，會攜帶部分石膏漿液的小液滴。這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經(jīng)脫硫塔上部的除霧器除去絕大部分液滴后，經(jīng)煙囪排入大氣，當(dāng)環(huán)境溫度低于煙氣溫度時，煙氣中的霧滴（含有石膏）凝聚長大并自然沉降至周邊區(qū)域形成“石膏雨”，在降溫過程中，濕煙氣所含的水蒸汽飽和凝結(jié)，凝結(jié)水霧滴對光線產(chǎn)生折射、散射，從而形成白色或灰色的濕煙羽，對周邊居民的生活及生產(chǎn)造成了不良影響。

近年來，各地環(huán)保行政管理部門先后制定了煙囪白煙排放的控制指標(biāo)，主要是要求去除煙氣中的霧滴顆粒、降低煙氣濕度和從感官上消除白煙。2017年6月《上海市燃煤發(fā)電機組環(huán)保排序辦法》指出：“2017年環(huán)保排序計算方法：二氧化硫、氮氧化物、煙塵權(quán)重分別為0.2、0.3、0.2；完成消除石膏雨飄落及有色煙羽的機組賦值0，未完成的機組賦值1，權(quán)重為0.1；煤場全部密封的機組賦值0，未完成的機組賦值1，權(quán)重為0.2”；2017年8月，原浙江省環(huán)保廳在消除石膏雨、有色煙羽等情況征求意見稿強調(diào)：“位于城市主城區(qū)及環(huán)境空氣敏感區(qū)的燃煤發(fā)電鍋爐應(yīng)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”；2017年10月，原邯鄲市環(huán)保局、原天津市環(huán)保局先后印發(fā)通知，明確了火電、鋼鐵等重點行業(yè)開展“石膏雨、有色煙羽”治理工作的重點，并明確了有色煙羽的定義。許多燃煤電廠由于加裝了石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)，更是將消除“白色煙羽”作為超低排放改造的重要內(nèi)容之一。

本文以某公司TSD脫白技術(shù)在廣東省某電廠的75t/h循環(huán)流化床鍋爐改造項目上的應(yīng)用為例，在已有的濕法脫硫系統(tǒng)上進行局部改造，以滿足環(huán)保脫白排放要求。

1 TSD脫白系統(tǒng)改造原則

1）改造應(yīng)利用現(xiàn)有的環(huán)保設(shè)施進行局部改造，且改造不對周邊環(huán)境和設(shè)施造成影響；2）基于經(jīng)濟成本和施工難度及工期考慮，改造主要在脫硫塔上部進行，當(dāng)脫硫塔整體強度或穩(wěn)定性不足時，應(yīng)進行局部加固處理；3）現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施的改造和調(diào)整不應(yīng)影響原系統(tǒng)的運行要求；4）脫白系統(tǒng)的設(shè)備布置應(yīng)滿足場地實際情況和工藝系統(tǒng)布置及功能需要；5）脫白系統(tǒng)應(yīng)不影響現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)的水平衡，不增加廢水系統(tǒng)的處理負荷，不產(chǎn)生二次污染；6）脫白系統(tǒng)應(yīng)最大程度地利用現(xiàn)有廠區(qū)資源，達到節(jié)能減排的效果；7）脫白系統(tǒng)應(yīng)盡量減少污染物地擴散范圍，降低對周邊環(huán)境的影響。

2 TSD脫白系統(tǒng)改造方案

2.1 工藝設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)（表1）

表1 脫白系統(tǒng)工藝設(shè)計參數(shù)

2.2 TSD脫白改造方案

2.2.1 TSD脫白技術(shù)原理分析

圖1為相對濕度為100%的空氣中含濕量隨溫度的變化趨勢曲線，表2為一定溫度下飽和濕煙氣的濕度和焓值數(shù)據(jù)。A點為排放濕煙氣的初始狀態(tài)（溫度50℃、濕度79g/kg、焓值2591.8kJ/kg），B點、C點為不同的環(huán)境空氣狀態(tài)，AB、AC分別與飽和濕度曲線相交于B1、C1點。濕煙氣從煙囪口排出后是否會出現(xiàn)白煙及出現(xiàn)白煙的長度，不僅與煙氣本身含濕量的多少、煙氣的溫度（A點位置）有關(guān)，而且與它周圍環(huán)境空氣的溫度、濕度（即B、C點在圖1上的位置）也有關(guān)。

A點狀態(tài)的濕煙氣從煙囪口排出后，沿飽和濕度曲線變化到B1點，在這個過程中濕煙氣與環(huán)境空氣進行熱交換，同時濕煙氣中的水分凝結(jié)成小液滴，也即形成“白色煙羽”，然后由B1點沿直線變化到環(huán)境狀態(tài)B點，在這個過程中“白色煙羽”消失。由A點變化到環(huán)境溫度更低的C點的過程也類似，只不過“白色煙羽”的長度更長。因此，只要濕煙氣的初始狀態(tài)點與環(huán)境狀態(tài)點的連線與飽和濕度曲線相交，就會產(chǎn)生“白色煙羽”。并且環(huán)境溫度越低、濕度越大、“白色煙羽”越長。

因此“白色煙羽”的消除可通過調(diào)整A點的位置，使其更趨近于環(huán)境空氣狀態(tài)點（如B點），即通過降低脫硫后濕煙氣的溫度和濕度，以縮短A、B兩點間的距離，從而減少煙囪排放濕煙氣的白煙產(chǎn)生量和長度。同時通過對濕煙氣進行熱交換，從而提升低溫濕煙氣的溫度和焓值，形成較高溫度的不飽和煙氣，即使A點位于飽和濕度線以下，使AB線與飽和濕度線不相交或相交點B1接近B點，以達到消除“白色煙羽”的目的。

圖1 溫濕圖上煙氣狀態(tài)變化

表2 飽和濕煙氣濕度和焓值數(shù)據(jù)[1]

2.2.2 TSD脫白工藝介紹

TSD煙氣脫白系統(tǒng)包括濕煙氣冷凝、煙羽回收和煙氣換熱三個部分，可與濕法脫硫塔采用一體化設(shè)計，亦可進行獨立設(shè)置。濕煙氣冷凝段，設(shè)置有工藝水噴淋系統(tǒng)、工藝水收集系統(tǒng)、工藝水循環(huán)系統(tǒng)和工藝水冷卻系統(tǒng)，通過工藝水的循環(huán)利用，降低系統(tǒng)運行的水耗量。煙羽回收段，設(shè)置有多相微孔接觸器、列管式分離器、折流板式分離器和集管式分離器等設(shè)備，可根據(jù)濕法脫硫系統(tǒng)的設(shè)備配置以及項目運行的實際情況進行選配，回收的煙羽可進入脫硫系統(tǒng)進行循環(huán)使用，不產(chǎn)生二次污染。煙氣換熱段，一般考慮采用兩種方式，一種為只設(shè)置管式換熱器，采用脫硫塔前端的原煙氣直接加熱后端的凈煙氣；另一種為設(shè)置管式換熱器和換熱風(fēng)機，采用脫硫塔前端的原煙氣加熱冷空氣，然后將熱空氣與脫硫塔后端的低溫凈煙氣進行混合，通過提升后端凈煙氣的露點減少濕煙羽的攜帶量，同時由于抬升了煙氣排放高度，減少了污染物擴散。

2.2.3 TSD脫白方案

根據(jù)脫白技術(shù)原理，綜合考慮項目的地域環(huán)境平均溫度為21.8℃，因此無需將濕煙氣降至較低，且脫硫塔后端的凈煙氣只需升至較高溫度即可實現(xiàn)環(huán)保要求。脫硫系統(tǒng)的循環(huán)漿液含固量一般控制在15%～20%[2]，而二級平板式除霧器后部的霧滴顆粒濃度值一般≤75mg/Nm3[3]，因此只需將脫硫后的濕煙氣降溫至40℃并形成飽和煙氣，然后再加熱至50℃形成不飽和煙氣，即可實現(xiàn)脫白要求。綜合利用脫硫前的熱空氣加熱小風(fēng)量的冷空氣，進行混熱處理是最為經(jīng)濟性的選擇。

該項目TSD脫白方案將脫硫塔前端的熱煙氣經(jīng)過換熱處理后進入脫硫塔進行脫硫處理，經(jīng)二級平板式除霧器先進行初級除霧處理，然后進入TSD脫白系統(tǒng)的濕煙氣冷凝段去除煙氣中的“煙羽”，再進入煙羽回收段形成低溫飽和濕煙氣，濕煙氣經(jīng)脫硫塔后端的煙道與熱風(fēng)混合后達到脫白效果，具體工藝流程見圖2。

圖2 TSD脫白工藝流程

2.3 TSD脫白系統(tǒng)的特點

（1）TSD脫白系統(tǒng)與現(xiàn)有脫硫塔采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可減少設(shè)備占地面積，提高鋼結(jié)構(gòu)利用率。

（2）煙氣冷凝系統(tǒng)采用逆向噴淋結(jié)構(gòu)，進行管網(wǎng)式復(fù)合噴淋結(jié)構(gòu)設(shè)計，布置于現(xiàn)脫硫塔二級平板式除霧器上方，以提高冷凝水的比表面積，實現(xiàn)冷凝水與煙氣的最大接觸，從而有效地去除煙氣中的可溶性污染物，同時回收水分和余熱；采用外循環(huán)冷卻和內(nèi)循環(huán)噴淋相結(jié)合的工作方式，在滿足系統(tǒng)水平衡的前提下減少系統(tǒng)水耗量，同時可適應(yīng)煙氣負荷的變化。冷凝水收集系統(tǒng)采用交錯式管渠結(jié)構(gòu)設(shè)計，可有效收集噴淋冷凝水和煙氣中的凝結(jié)水，避免影響原脫硫系統(tǒng)的水平衡。外循環(huán)冷卻水與電廠內(nèi)的冷卻塔系統(tǒng)連接，減少了系統(tǒng)耗水量。

（3）煙羽回收系統(tǒng)采用分級回收方式，一級粗處理利用現(xiàn)有的二級平板式除霧器，二級處理采用集管式分離器布置于煙氣冷凝系統(tǒng)上方，同時采用集束式分區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過內(nèi)部文丘里管等結(jié)構(gòu)形成煙氣旋流，以達到深度去除煙氣中可溶性污染物的目的，同時可適應(yīng)煙氣負荷的變化，在利用現(xiàn)有設(shè)備和結(jié)構(gòu)的同時可最大限度地實現(xiàn)煙羽回收。

（4）煙氣換熱系統(tǒng)配置有管式換熱器和換熱風(fēng)機，管式換熱器布置于脫硫塔的原煙氣煙道與凈煙氣煙道之間，采用換熱風(fēng)機將冷空氣與脫硫塔前端的熱煙氣進行換熱，升溫后的熱空氣與脫白后的低溫濕煙氣進行混合后進入煙囪排放，在利用現(xiàn)有熱源的基礎(chǔ)上降低了系統(tǒng)能耗；將熱空氣與低溫濕煙氣進行混熱處理，可提升煙氣換熱效率，通過提升凈煙氣的露點溫度以減少濕煙羽的攜帶量，同時抬升煙氣排放高度，有利于煙氣的高空擴散；煙氣換熱系統(tǒng)與現(xiàn)有的煙氣煙道采用并聯(lián)方式，以實現(xiàn)設(shè)備的在線切換和檢修。

3 結(jié)論

（1）由于使用中小鍋爐設(shè)備的電廠廠區(qū)一般都較為狹窄，因此新增的系統(tǒng)和設(shè)備需要盡量利用現(xiàn)有設(shè)施場地，同時減少新增設(shè)備的占地面積。

（2）在脫白技術(shù)應(yīng)用上，地域氣象情況是必須考慮的條件之一，綜合利用廠區(qū)的現(xiàn)有熱源，采用混熱這種較高熱傳遞效率的方式是較為經(jīng)濟合理的選擇。

（3）采用冷凝-收集工藝流程，在降低脫硫后濕煙氣的溫度和濕度同時，也去除了一部分濕煙氣中夾帶的污染性物質(zhì)，實現(xiàn)了煙氣的深度凈化，具有一定的環(huán)保效應(yīng)。