燃煤供熱機組采用濕法脫硫后對“白色煙羽”的治理方案

【摘??要】從濕法脫硫煙氣特性及“白色煙羽”現(xiàn)象出發(fā)，利用溫濕圖分析了采用濕法脫硫工藝的燃煤機組煙囪出口容易形成“白色煙羽”的原因，指出目前普遍采用的直接加熱法雖然能夠消除“白色煙羽”，但會增加機組的運行能耗，最后提出采用先冷凝再加熱的工藝是治理“白色煙羽”的有效措施。

【關鍵詞】白色煙羽;?濕煙氣;?加熱;?冷凝;

0引言

我國大部分燃煤發(fā)電機組脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，該工藝可使煙氣溫度降低至45～55℃，這些低溫飽和濕煙氣直接經(jīng)煙囪進入大氣環(huán)境，遇冷凝結成微小液滴，從而產(chǎn)生“白色煙羽”。雖然單純的“白色煙羽”對環(huán)境質(zhì)量沒有影響，但是影響環(huán)境感觀，有時甚至會被誤認為有毒、有害廢氣，對周圍居民生活造成一定的困擾，環(huán)保局就經(jīng)常接到類似投訴。因此，許多燃煤電廠把消除“白色煙羽”作為超低排放改造的重要內(nèi)容之一。

1?濕法脫硫煙氣特性及“白色煙羽”現(xiàn)象

1.1濕法脫硫煙氣特性

濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，吸收塔出口凈煙氣溫度一般為45～?55℃（褐煤）。煙氣最重要的特性是處于濕飽和狀態(tài)，即液態(tài)水與汽態(tài)水共存于煙氣之中。由于環(huán)境溫度總是低于煙氣溫度，因此當煙氣排入大氣時會因環(huán)境吸熱而造成煙氣濕度增加，甚至降溫析出飽和水。

1.2“白色煙羽”現(xiàn)象

濕法煙氣脫硫系統(tǒng)吸收塔出口凈煙氣由于處于濕飽和狀態(tài)，在流經(jīng)煙道、煙囪排入大氣的過程中因溫度降低，煙氣中汽態(tài)水會有所凝結，液態(tài)水在煙氣中的含量會增加，在煙囪出口形成“白色煙羽”現(xiàn)象。

2.“白色煙羽”形成機理

鍋爐煙氣在經(jīng)過濕法脫硫后直接排放之所以會產(chǎn)生“白色煙羽”，是因為在脫硫塔中，高溫煙氣與脫硫漿液接觸，發(fā)生傳質(zhì)、傳熱。一方面煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低;另一方面，水分蒸發(fā)，增加煙氣的含濕量。煙氣在達到飽和狀態(tài)后，會攜帶小液滴。這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經(jīng)除霧器除去絕大部分液滴后，如果直接經(jīng)煙囪排入大氣，由于環(huán)境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會凝結成小液滴形成“白色煙羽”。

大氣環(huán)境因素中，環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力都對“白色煙羽”的形成有影響，其中環(huán)境溫度的影響最大，所以這里僅討論和分析環(huán)境溫度的影響情況。

3“白色煙羽”問題治理方案

3.1?直接加熱煙氣法

加熱煙氣法就是將脫硫后溫度為45～55℃的煙氣加熱到70～80℃再排放，使煙氣遠離水的露點溫度，從而避免水蒸氣凝結而形成“白色煙羽”。加熱煙氣法一般有以下三種。

（1）利用鍋爐二次風加熱凈煙氣：從鍋爐空預器后二次風風道抽取一部分熱二次風，直接送入脫硫系統(tǒng)出口凈煙氣煙道與凈煙氣混合。熱二次風與脫硫后凈煙氣混合加熱后，提升凈煙氣溫度至75℃左右，使凈煙氣中水蒸氣溫度高于露點溫度，減少了煙道煙氣結露，并提高了煙囪排煙的抬升高度。

（2）利用原煙氣加熱凈煙氣（回轉(zhuǎn)式氣氣換熱器、管式氣氣換熱器）：即GGH加熱法或熱管換熱器加熱法。此法系統(tǒng)復雜、投資高，目前已放棄。

（3）在煙囪底部利用清潔燃料來加熱凈煙氣：在煙囪底部利用清潔燃料燃燒產(chǎn)生熱量來加熱煙氣。

脫硫后的濕煙氣要再加熱到多高的溫度才能消除“白色煙羽”，不僅與環(huán)境空氣的溫度和濕度密切相關，而且與脫硫塔出口的濕煙氣溫度也密切相關。對于50℃的濕煙氣，在10℃的環(huán)境溫度下只要加熱到71.4℃以上就可消除“白色煙羽”，而在5℃的環(huán)境溫度下則需要加熱到86.2℃以上。對于脫硫塔出口溫度較高的濕煙氣，則需要再加熱的溫度更高一些。

將脫硫塔出口的濕飽和煙氣直接加熱到一定溫度后再排放能夠消除“白色煙羽”，但是會增加發(fā)電機組的能耗。

3.2?先冷凝再加熱法

假設濕煙氣的初始溫度為55℃，環(huán)境溫度為20℃。如果采用直接加熱法，需要將濕煙氣加熱到72℃以上才能消除“白色煙羽”，溫差為17℃;而如果先將濕煙氣冷凝到50℃除去濕煙氣中的部分水分，然后再加熱到60℃，就能消除“白色煙羽”，而其溫差僅為10℃。通過這種先冷凝再加熱濕煙氣的方法，一方面可以在冷凝過程中回收濕煙氣冷凝放熱量和凝結下來的水;另一方面由于冷凝后濕煙氣需要再加熱的溫度降低，而且水分析出后濕煙氣的定壓比熱降低，因此冷凝后濕煙氣需要再加熱的熱量大為減少。

這里以某亞臨界300MW機組為例來分析計算先冷凝再加熱工藝的能耗情況。假定脫硫塔出口濕煙氣溫度為55℃，夏季利用凝結水將其冷凝到50℃，加熱后的凝結水回到軸封加熱器的出口，冬季利用熱網(wǎng)循環(huán)水將其冷凝到50℃，加熱后的熱網(wǎng)循環(huán)水回到熱泵入口。

亞臨界300?MW機組額定工況下，脫硫塔出口濕煙氣量約為1100?t/h，而標準大氣壓下55℃、50℃飽和濕煙氣的含濕量分別約為114.6?g/kg（煙氣）和86.4?g/kg（煙氣），濕煙氣比熱約為1.1?k?J/kg·K。因此，濕煙氣從55℃冷凝到50℃，凝結水的速率約為31.02?t/h，放熱量速率約為79.5GJ/h（包含部分潛熱放熱）;而假定環(huán)境溫度為20℃，為消除“白色煙羽”將冷凝后的濕煙氣通過管式氣氣換熱器加熱到60℃每小時需要的熱量僅為17.6?GJ。而直接加熱法將55℃的濕煙氣加熱到72℃每小時需要的熱量為26.5GJ。因此，通過先冷凝再加熱工藝，不僅每小時可回收31.02?t的水和79.5?GJ的余熱，而且每小時還可節(jié)約8.9GJ的加熱能耗。盡管這些余熱品質(zhì)較低，，但是可以彌補因煙氣冷卻、加熱過程而增加的能耗;回收的冷凝水則可以加以綜合利用。因此，對脫硫塔出口濕煙氣先冷凝再加熱是一種“白色煙羽”的節(jié)能治理方案。

4?結束語

“白色煙羽”雖然對環(huán)境質(zhì)量沒有影響，但是影響環(huán)保感觀，應加以治理。通過先冷凝再加熱處理，能回收部分余熱來彌補機組能耗，且能夠回收一些冷凝水加以綜合利用，是一種節(jié)能型的“白色煙羽”治理方案。

參考文獻：

[1]王穎聰.濕法脫硫煙氣石膏雨成因分析及處理方案綜述[J].華北電力技術，2012（10）：68-71，75.

[2]李春萱，黃淑芳，楊征，等.氣-氣換熱器在濕法煙氣脫硫中的新應用[J].熱力發(fā)電，2006，35（7）：60-62.

作者簡介：

郭文華，1979年-，高級工程師，長期從事發(fā)電廠運行技術管理，山西大唐國際云岡熱電有限責任公司。

（作者單位：山西大唐國際云岡熱電有限責任公司）