堿回收爐煙氣消白研究及工程實踐

張星 林科 季元良 蔣海濤

摘要： 針對堿回收爐煙氣的特殊性進行研究，通過分析煙氣消白的技術原理、對比煙氣消白的常用技術路線，得出堿回收爐煙氣消白的合理解決方案;并結(jié)合工程實踐，對堿回收爐煙氣消白的實際效果進行驗證分析。

關鍵詞：堿回收爐;煙氣消白;余熱回收;工程實踐

中圖分類號：TS733+.9? 文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.10.013

Abstract： Aiming at the particularity of flue gas of alkali recovery furnace， the technical principle of flue gas eliminating was studied， comparing the common technical routes of flue gas eliminating， a reasonable solution for flue gas eliminating of alkali recovery furnace was suggested. Combining with engineering practice， the actual effect of flue gas eliminating of alkali recovery furnace was verified and analyzed.

Key words： alkali recovery furnace; flue gas eliminating; waste heat recovery; engineering practice

堿回收爐是造紙廠制漿生產(chǎn)線的核心設備，其燃料造紙黑液由蒸煮車間產(chǎn)生。造紙黑液由于含有大量的堿金屬和水分，燃燒生成的煙氣在排入大氣的過程中因溫度降低，煙氣中部分汽態(tài)水和污染物發(fā)生凝結(jié)，在煙囪出口形成霧狀水汽。霧狀水汽因天空背景色和天空光照、觀察角度等原因發(fā)生顏色的細微變化，形成“有色煙羽”（俗稱“大白煙”）。

濕煙氣機械攜帶的液滴中含有大量鹽類，排放煙氣中的水液滴蒸發(fā)后產(chǎn)生數(shù)量龐大且粒徑微小的鹽類顆粒物，對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。

目前，上海市、浙江省、天津市、邯鄲市等地區(qū)相繼出臺了消除有色煙羽、濕煙羽的地方標準，表明各地對濕煙羽問題的重視。本文分析了煙氣消白技術原理和技術路線，并結(jié)合工程實踐，對堿回收煙氣消白的實際效果進行驗證。

1 消白煙原理

飽和濕煙氣濕度隨溫度變化的曲線如圖1所示。曲線上方的部分為過飽和區(qū)域，此區(qū)域有水分凝結(jié)析出，產(chǎn)生白煙;曲線下方為未飽和區(qū)域，此區(qū)域煙氣冷卻過程中無白煙產(chǎn)生。圖1中B點為濕煙氣在煙囪出口的狀態(tài)點，E點為環(huán)境空氣狀態(tài)點。當濕煙氣從煙囪排出與環(huán)境空氣混合時，溫度和含濕量下降，煙氣狀態(tài)沿飽和曲線BCD變化，煙氣處于過飽和狀態(tài)時，氣態(tài)水凝結(jié)形成小液滴，出現(xiàn)濕煙羽。D點到E點表示煙氣與空氣進一步混合，濕煙羽消散。因此煙氣消白的主要原理就是通過改變煙氣溫度、濕度，使煙氣在排放過程始終處于未飽和的狀態(tài)[1]。

煙氣消白不僅要消除“冒白煙”的視覺污染，更重要的是要消除煙氣中的污染物。煙氣中含有大量水蒸氣，水蒸氣中含有較多的溶解性鹽、SO2、凝膠粉塵、微塵等細顆粒物，這些細顆粒物粒徑很小、難以被傳統(tǒng)的除塵設備有效脫除，因此，通過物理或化學作用使細顆粒物團聚形成較大顆粒是提高其脫除效率的有效途徑[2]。煙氣在冷凝過程中，水蒸氣以細顆粒物為凝結(jié)核在其表面發(fā)生核化凝結(jié)，使細顆粒物成為粒徑較大的含塵液滴，然后經(jīng)除塵、除霧設備高效捕集，從而消除煙氣中的污染物。

2 技術路線

目前煙氣消白常用的技術路線有3大類型：煙氣加熱、煙氣冷凝、煙氣冷凝再加熱。各技術路線實現(xiàn)方式及消白效果對比見表1[1]。

常規(guī)火電鍋爐由于多采用濕法脫硫，煙氣溫度已經(jīng)降低至較低水平。堿回收爐有超低SO2排放的特性[3]，現(xiàn)代堿回收爐SO2排放濃度可以低于2.9 mg/m3[4]，一般堿回收爐煙氣中SO2的排放濃度低于143 mg/m3，且經(jīng)常性的維持在28.6 mg/m3以下[5]。因而堿回收爐不配置脫硫裝置，煙氣含濕量大、排煙溫度高，與常規(guī)火電鍋爐煙氣消白相比，堿回收爐的煙氣消白難度很大。因此合理選擇技術路線對堿回收爐煙氣消白尤為關鍵。

3 技術改造方案

煙氣消白技術路線應用于四川某造紙廠12萬t/a生活用紙技術改造項目，該項目采用武漢鍋爐廠制造的堿回收爐，堿回收爐固形物處理量為800 t/d。堿回收爐設計煙氣量500000 m3/h（工況），排煙溫度165℃。煙氣中水蒸氣含量高達26.6%，其水露點高達67℃。

根據(jù)堿回收爐運行狀況，結(jié)合當?shù)啬昶骄h(huán)境溫度10℃，大氣相對濕度83%的情況，煙氣消白對應的理論參數(shù)見表2。

從表2可以看出，堿回收爐的煙氣含水量很高，如果不對煙氣進行除濕，煙氣消白所需的煙氣再熱溫度就會非常高。如果先對煙氣除濕脫水，煙氣消白所需的再熱溫度則要小得多，從而降低煙氣再熱所需的能量消耗，且隨著煙氣再熱前降溫幅度的增加，煙氣消白所需的再熱溫度大幅減小。如果不對煙氣進行冷凝而直接再加熱，需將煙氣再加熱至230℃左右;采用冷凝換熱器間接換熱降溫，可將煙氣溫度降低5～10℃，即煙氣溫度從67℃降低至62～57℃，此時需將煙氣再加熱至165℃左右;采用噴淋降溫可以將煙氣溫度降低25～30℃，即煙氣溫度從67℃降低至42～37℃，此時僅需將煙氣再加熱至60℃左右。

鑒于以上分析，采用煙氣冷凝再加熱的技術路線，通過噴淋降溫塔，對煙氣進行大幅除濕脫水，通過MGGH方式將凈煙氣再熱升溫;同時考慮經(jīng)MGGH降溫后的煙氣溫度仍然較高，可對此部分煙氣熱量進行余熱回收，回收的煙氣余熱可為造紙洗篩等工藝提供熱水，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。系統(tǒng)流程圖如圖2所示，主要設備見表3。

煙氣冷卻器處的煙氣溫度較高，煙氣腐蝕性相對較低，采用ND鋼材可充分防止煙氣腐蝕，從而降低設備造價。H型翅片管不僅有效地增加了換熱面積，同時也有利于煙氣的流動和對積灰的沖刷。

余熱回收換熱器處的煙氣溫度較低，在堿回收爐負荷較低時，煙氣會降至酸露點甚至到水露點以下，因此煙氣的腐蝕性極強。余熱回收換熱器采用氟塑料光管換熱器，具有優(yōu)異的耐腐蝕、低阻力、不粘灰、耐老化等特性。

噴淋降溫塔殼體采用碳鋼內(nèi)襯2205的形式，沿煙氣流動方向依次設置了均流板、噴淋層、除霧器。

煙氣加熱器布置在噴淋降溫塔出口的豎直煙道上，采用2205光管與316L螺旋翅片管組合的結(jié)構形式，耐煙氣腐蝕，且布置方便。

系統(tǒng)設置了冷卻塔、換熱器對噴淋水進行降溫，從而保證了噴淋水的循環(huán)使用。

4 工程應用效果

機組投運后，對堿回收爐的實際運行數(shù)據(jù)進行采集。部分代表性數(shù)據(jù)見表4。

從實際的運行實踐中，可總結(jié)以下規(guī)律及經(jīng)驗。

（1）環(huán)境溫度越低、濕度越大，白煙越不容易消除。在堿回收爐運行基本穩(wěn)定的時間段，各部分煙氣溫度基本維持不變，隨著溫度降低或濕度加大，煙囪會出現(xiàn)輕微白煙現(xiàn)象。而當濕度超過96%時，白煙會非常明顯。

（2）噴淋降溫效果非常好。噴淋降溫塔中冷卻水與煙氣直接接觸換熱，可以將煙氣溫度降至較低水平，煙氣中大部分水分冷凝析出。以煙氣溫度降至30℃為例，此時煙氣濕度4.2%;與飽和濕煙氣溫度67℃、濕度26.6%相比，煙氣濕度降低了22.4個百分點，除濕量達84.4%，脫除了煙氣中的大部分水分，同時，水蒸氣中的溶解性鹽、SO2、凝膠粉塵、微塵等細顆粒物也隨之脫除。

（3）噴淋降溫塔前設置的煙氣冷卻器和余熱回收兩級換熱器，根據(jù)環(huán)境溫度、濕度、白煙情況，可靈活調(diào)節(jié)每級換熱器的降溫幅度，合理分配原煙氣的熱量，分別用于消除白煙和余熱回收。從而在滿足環(huán)保要求的條件下，盡可能多地進行余熱回收，增加經(jīng)濟效益。

（4）噴淋降溫塔噴淋水與煙氣的端差應合理。循環(huán)噴淋水量由變頻泵調(diào)節(jié)，隨著水量的增加，煙氣溫度逐漸降低;但冷卻水與煙氣的端差為1～3℃時，煙氣溫度趨于穩(wěn)定，再繼續(xù)增加循環(huán)水量，不僅收效甚微，還增大了運行電耗，提高了運行成本。

（5）低負荷工況。在堿回收爐啟動或低負荷時，煙氣冷卻器出口煙溫較低，此時應注意控制煙氣冷卻器的吸熱幅度，防止受熱管金屬腐蝕、積灰。

5 結(jié) 論

通過分析煙氣消白的技術原理、對比煙氣消白的常用技術路線，針對堿回收爐煙氣消白的特殊性進行研究，并結(jié)合工程實踐，可以得出以下結(jié)論。

（1）煙氣冷凝再加熱是較合理的煙氣消白技術路線，方案設計時應進行技術經(jīng)濟比較，盡可能對煙氣進行深度冷凝。

（2）噴淋降溫有較強的降溫除濕效果，適用于含濕量較大的煙氣處理。

（3）煙氣降溫除濕的同時，煙氣中的溶解性鹽、SO2、凝膠粉塵、微塵等細顆粒物也隨之脫除。不僅消除了“冒白煙”的視覺污染，也大幅減少了污染物的排放。

（4）煙氣消白過程中可以適當考慮煙氣余熱回收利用，提高經(jīng)濟性。

（5）環(huán)境濕度大于90%時，煙氣消白難度大，建議理性對待。

參考文獻

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（責任編輯：董鳳霞）