冷凝再熱技術(shù)在鋼廠煙氣消白中的應用

樊永強 彭成 王雅光 李宇 章園

摘?要：我國多數(shù)鋼鐵廠采用濕法脫硫工藝，脫硫后從煙囪排出的煙氣接近飽和濕煙氣狀態(tài)，當其與外界冷空氣混合后，煙氣中的水蒸氣發(fā)生凝結(jié)，經(jīng)大氣折射、散射后形成肉眼可見的白色煙羽。本文介紹了消除白色煙羽的三種工藝路線，詳細介紹了煙氣冷凝再熱工藝在某鋼廠消白項目中的應用情況，同時對系統(tǒng)的工藝組成、技術(shù)參數(shù)、優(yōu)勢特點等進行闡述。

關(guān)鍵詞：鋼鐵廠;飽和濕煙氣;冷凝再熱技術(shù);MGGH;消白

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，但又屬于重耗能、重污染行業(yè)，在生產(chǎn)過程中會使用大量化石燃料，同時向環(huán)境排放大量的污染物。其中，氮氧化物和SO2是產(chǎn)生酸雨的罪魁禍首，為控制SO2排放問題，國家環(huán)保部門制定了相關(guān)的標準來要求鋼鐵企業(yè)采取一定措施以減少SO2的排放。

目前，鋼廠脫硫工藝大多以濕法脫硫為主，其中80%以上為石灰石石膏法。該工藝技術(shù)成熟，脫硫效率可達90%以上，隨著國家對SO2排放要求的不斷提高，可以預見在未來，石灰石膏法會占據(jù)更大的市場份額[1]。但是，由于濕法脫硫后的煙氣為飽和濕煙氣，其中含有大量液滴、可溶性顆粒物以及氣態(tài)可凝結(jié)顆粒物、可溶性鹽等，此類物質(zhì)會隨著煙氣一起排入大氣，造成污染環(huán)境。同時由于脫硫出口煙氣溫度偏低（45～55℃），在與外界空氣混合后溫度進一步降低，從而使煙氣中的水蒸氣凝結(jié)成小液滴，經(jīng)大氣折射、散射后形成肉眼可見的白色煙羽[2]。

針對白色煙羽的消除，目前主流的工藝路線有三種[3，4]：冷凝法、直接/間接加熱法、冷凝再熱法。其中，冷凝法是通過對飽和濕煙氣進行直接降溫，煙氣中的水蒸氣遇冷液化、水分析出，從而降低煙氣中的絕對含濕量，達到減弱白色煙羽的目的。常見的冷凝工藝有煙道冷凝和漿液冷卻，但因受冷源溫度以及造價的限制，煙氣降溫幅度有限，水分無法完全析出，白色煙羽無法被完全消除。直接/間接加熱法是通過對末端煙氣進行加熱升溫，降低煙氣的相對含濕量。常見的直接加熱技術(shù)包括熱風混合加熱、燃氣直接加熱、熱空氣混合加熱技術(shù)，間接加熱技術(shù)包括回轉(zhuǎn)式GGH、管式GGH、MGGH等。理論上該方法可以完全消除白色煙羽，但要求加熱溫度較高，系統(tǒng)能耗大。冷凝再熱法是將冷凝法和加熱法結(jié)合，首先對飽和濕煙羽進行降溫處理，使煙氣中的大部分水蒸氣液化析出，降低絕對含濕量，然后再加熱煙氣，降低相對濕度，實現(xiàn)白色煙羽的消除[5]。鋼鐵行業(yè)常見的冷凝再熱技術(shù)包括“煙道冷凝+MGGH”“漿液冷卻+MGGH”。

2019年我司承包了某鋼廠的煙氣消白項目，采用“漿液冷卻+MGGH”工藝路線，以下對項目過程中的消白工藝、技術(shù)參數(shù)以及實施效果進行介紹。

1?項目概況

某鋼廠現(xiàn)有200m2燒結(jié)機，脫硫系統(tǒng)進口煙氣處理量為790000Nm3/h（濕基）;脫硫塔入口煙氣溫度為166～185℃，出口煙氣溫度為60℃;脫硫系統(tǒng)單層漿液循環(huán)量為1000m3/h，脫硫后煙氣經(jīng)煙囪直接排入大氣中。由于該廠白色煙羽現(xiàn)象十分嚴重，觀感欠佳，且煙囪處伴隨嚴重的“煙囪雨”現(xiàn)象，給鋼廠的聲譽以及周邊村民的生活造成了很大困擾，故要求對白色煙羽進行徹底治理，要求在非極端天氣下，煙囪出口無白煙。

2?系統(tǒng)原理

由于脫硫塔出口煙氣溫度較高，且受到現(xiàn)場熱源情況以及場地條件限制，直接冷凝法和直接加熱法都不適合本項目，因此最終選用“漿液冷卻+MGGH”工藝路線，具體流程如下圖所示。

1主抽風機出口煙氣;2GGH冷側(cè);3SCR脫硝;4GGH熱側(cè);5煙氣冷卻器;6熱媒水循環(huán)泵;7煙囪;8煙氣加熱器;9濕式電除塵;10脫硫塔;11漿液循環(huán)泵;12漿液冷卻器;13冷卻水循環(huán)泵;14冷卻塔

“漿液冷卻+MGGH”工藝流程圖

該工藝首先需要改造原有的漿液循環(huán)系統(tǒng)，在原脫硫塔漿液循環(huán)管上設(shè)置漿液冷卻器，使脫硫漿液先通過漿液冷卻器后再到噴淋層進行噴淋。漿液冷卻器的一側(cè)通漿液，另一側(cè)通冷卻水，冷卻水通過換熱器使?jié){液溫度下降。噴淋漿液后，脫硫塔內(nèi)煙氣溫度隨之降低，從而使脫硫塔內(nèi)的蒸發(fā)量減少，煙氣的絕對含濕量降低。

同時，在脫硝出口（即脫硫塔入口）煙道上增設(shè)煙氣冷卻器，在濕式電除塵器出口煙道上增設(shè)煙氣再熱器，兩者采用熱媒水系統(tǒng)進行換熱，構(gòu)成MGGH系統(tǒng)。通過利用SCR脫硝出口的高溫煙氣加熱熱媒水，熱媒水進入煙氣再熱器加熱濕式電除塵器出口的飽和煙氣，從而降低煙氣的相對含濕量，達到消白的目的。

3?工藝系統(tǒng)組成

（1）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)附屬設(shè)備。主要部件包括：①過濾器。漿液冷卻器的冷卻水側(cè)進口管道設(shè)置過濾器，以防止冷卻水中的雜物堵塞換熱器和水泵。②系統(tǒng)管道、閥門。本次系統(tǒng)改造涉及漿液管道及循環(huán)冷卻水管道，其中漿液管道按原系統(tǒng)管道配置。③熱控儀表。在煙氣冷卻器和煙氣再熱器的進出口處設(shè)置溫度和差壓傳感裝置，在水側(cè)設(shè)置流量計等。④冷卻塔。根據(jù)實際需要配套設(shè)置循環(huán)冷卻水的冷卻塔。

（2）漿液冷卻器。針對脫硫漿液含固量高、雜質(zhì)多、易腐蝕磨損等特性，選用的液液金屬板式換熱器具有傳熱效率高、抗堵塞、耐腐蝕、阻力低等優(yōu)點。

（3）煙氣冷卻器和煙氣再熱器。煙氣冷卻器和煙氣再熱器采用氣水換熱器，具有傳熱效率高、抗腐蝕性能強、抗積灰性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等優(yōu)點。

（4）清灰系統(tǒng)。采用耙式吹灰器對煙氣冷卻器進行清灰處理，煙氣再熱器采用水沖洗裝置。

（5）熱媒水循環(huán)系統(tǒng)及附屬設(shè)備。主要部件包括：①系統(tǒng)管道、閥門。本次系統(tǒng)改造涉及原煙氣管道及熱媒水管道，其中原煙氣管道按原系統(tǒng)管道配置。煙氣冷卻器和煙氣再熱器水側(cè)進出口設(shè)置手動閥門、過濾器及其閥組。②熱控儀表。漿液冷卻器進出口設(shè)置溫度和壓力遠傳測點，水側(cè)設(shè)置流量計。③補水裝置。由于熱媒水在循環(huán)過程中會有少量蒸發(fā)，因此增設(shè)一套補水裝置。

4?系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

依據(jù)濕煙羽成因原理，本項目選取最不利因素作為設(shè)計依據(jù)，故以該地近十年冬季平均氣溫15℃、相對濕度50%作為設(shè)計條件。根據(jù)焓濕圖和熱平衡分析可知，煙氣從60℃降低到52.5℃，再加熱至80℃后，即可實現(xiàn)完全消白。

根據(jù)脫硝、脫硫系統(tǒng)的實際運行參數(shù)以及廠內(nèi)的冷卻水情況，最終確定該系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)如下。

5?運行情況

該項目投運后，漿液冷卻器、煙氣冷卻器、煙氣再熱器等均運行良好，相關(guān)參數(shù)均滿足設(shè)計要求，實際運行數(shù)據(jù)如表4所示。

從上述表格可以看出，脫硫塔出口（煙氣再熱器入口）煙氣設(shè)計值為52.5℃，實際工況值為49.5℃，煙氣再熱器出口溫度設(shè)計值為80℃，實際工況值為79℃，各參數(shù)與設(shè)計值基本一致。因此即使環(huán)境溫度達15℃，相對濕度不大于50%時，煙囪完全消除白色煙羽。同時，由于熱媒水在循環(huán)過程中會損失一部分熱量，因此設(shè)計時熱媒水循環(huán)量要留有充分的余量。

6?結(jié)論

本次鋼廠消白處理項目中采用“漿液冷卻+MGGH”技術(shù)，具有以下優(yōu)勢：（1）安全可靠，熱煙氣和冷煙氣之間無煙氣與飛灰的泄漏。（2）煙氣體積流量下降，提高了脫硫塔的除塵、除霧效率。（3）減少脫硫蒸發(fā)量，減少脫硫補水。（4）利用原煙氣熱能，無須再引入新熱源，減少系統(tǒng)能耗。（5）強化脫硫效果。凝結(jié)水霧滴粒徑一般為15～20mm，同樣水量傳質(zhì)面積增加10000倍;凝結(jié)水為純凈水，pH值約為7，SO2溶解度提高。（6）提高脫除SO3和硫酸霧滴的效果。（7）漿液換熱器安裝在脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)管上，不增加煙氣阻力、風機能耗，運行費用低。（8）漿液換熱器設(shè)備占地少，節(jié)省安裝空間和時間。

參考文獻：

[1]劉志坦，惠潤堂，楊愛勇，等.燃煤電廠濕煙羽成因及對策研究[J].電力科技與環(huán)保，2017，29（10）：4346.

[2]湯濤，胡遠濤，邵海馨，等.冷凝除濕再加熱技術(shù)在煙羽消白中的應用[C].2017燃煤電廠“石膏雨”“有色煙羽”深度治理技術(shù)交流研討會，上海：中國動力工程學會，2017：100104.

[3]周峰，沈達，李強，等.冷凝再熱技術(shù)在濕法脫硫白色煙羽治理中的應用研究[J].電力科技與環(huán)保，2020，36（3）：1014.

[4]賴建德.冷凝再熱技術(shù)消除濕煙羽在大型燃煤機組中的應用[J].建材與裝飾，2019，（28）：215.

[5]袁素華.燃煤電廠漿液冷卻消白系統(tǒng)設(shè)計[J].節(jié)能與環(huán)保，2019，（11）：5759.

作者簡介：樊永強（1983—?），男，漢族，陜西西安人，本科，工程師，研究方向：大氣治理環(huán)保裝備。