冷凝再熱技術在含銅固廢處理廠煙氣消白中的應用

岳煥玲

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

隨著大氣污染防治工作的不斷推進，國內多個省份陸續(xù)發(fā)布了大氣污染物特殊排放限值和相應的地方標準，無一例外地將“超低排放”寫入了污染控制標準。據統(tǒng)計，目前公布大氣污染地方標準的省份地區(qū)有5個，分別是河南、河北、上海、山東、浙江。其他地區(qū)也已陸續(xù)出臺相關大氣防治政策。在超低排放標準出臺的基礎上，上海、浙江、天津、河北邯鄲等地為了繼續(xù)深度減排，相繼將有色煙羽納入了地方監(jiān)控范圍，以達到消除煙囪“大白煙”的現(xiàn)象。

目前，國內濕法脫硫后的煙氣基本處于飽和狀態(tài)，含有大量水蒸氣，一旦排入大氣，與周圍冷空氣接觸降溫，會有大量小液滴冷凝析出，產生大量白煙。再者，濕煙氣含有一定量的酸性成分和細顆粒物，在擴散過程中凝結析出的小液滴酸度較高，pH值一般為2～3，液滴飄落到地面會對周邊形成環(huán)境污染。此外，“煙囪雨”、“白煙”等不僅造成大量水資源浪費，還會形成明顯視覺污染，影響企業(yè)形象。因此，消除煙囪白煙現(xiàn)象成為需解決的問題。

本文以某含銅固廢處理項目為例，對濕法脫硫后濕煙氣的消白技術進行探討。

1 脫硫后濕煙氣成分分析

某項目采用多臺爐窯、多步驟處理含銅鎳污泥、含銅固廢、銅锍、紫雜銅和高品位雜銅等。煙氣主要分為爐窯工藝煙氣(簡稱“工藝煙氣”)和環(huán)境集煙兩部分。這兩部分煙氣成分不同，所以分別進入兩套脫硫系統(tǒng)，脫硫工藝均采用離子液(有機胺)法。由于采用濕法煙氣脫硫技術，煙氣經過脫硫處理后含水量基本達到飽和，如果直接排放，白煙現(xiàn)象非常明顯，因此加裝了消白裝置。

1.1 工藝煙氣成分分析

工藝煙氣經離子液脫硫后為飽和濕煙氣，煙氣溫度約為42 ℃，煙氣壓力≤1.0 kPa，煙氣中顆粒物含量≤20 mg/Nm3,煙氣具體成分見表1。

表1 工藝濕煙氣成分

1.2 環(huán)境集煙成分分析

環(huán)境集煙經離子液脫硫后為飽和濕煙氣，煙氣溫度約為38 ℃，煙氣壓力≤1.0 kPa，煙氣中顆粒物含量≤20 mg/Nm3,具體煙氣成分見表2。

表2 環(huán)境集煙濕煙氣成分

2 煙氣消白現(xiàn)有技術

目前去除白煙的工藝大致有三類：

1)濕煙氣升溫技術(加熱法)。該技術主要通過直接或間接加熱使?jié)駸煔馍郎?。濕煙氣可以通過與高溫煙氣間接換熱實現(xiàn)溫度抬升至80 ℃以上排放，也可以通過與高溫煙氣混合實現(xiàn)升溫。該方法的主要優(yōu)點是流程簡單，但是在運行過程中，由于換熱器結構的局限性，其密封性能不好，易發(fā)生泄漏、堵塞、腐蝕、串煙等問題，未能脫除煙氣中的水分，消白不徹底。

2)煙氣降溫后再升溫技術(冷凝再熱法)。該技術采用降溫和升溫兩組換熱器分離單獨布置，能解決堵塞、串煙問題，在降溫段可將煙氣中的水分脫除，然后再對煙氣加熱，消白效果好。

3)濕式靜電除塵除霧技術。該技術是通過高壓電流分解空氣分子，利用酸霧捕集極板聚集酸霧粒子，再利用重力作用收集酸霧從而達到去除酸霧的目的。但是該設備造價過高，運行過程中除霧器的極板極線易變形，導致除霧效率降低，環(huán)保要求高時維護困難。同時煙氣進入該靜電除霧器前，溫度必須降至50 ℃左右，要求較為嚴格。

上述三種技術路線對比[1]見表1。

表3 煙氣消白技術路線對比

3 煙氣消白技術方案選擇

從表3對比可以看出，想要徹底消除白煙，最佳方案是采用冷凝再熱法。煙氣溫度與煙氣濕度的關系如圖1所示。假設煙囪出口處濕煙氣的狀態(tài)位于A點以外的非飽和區(qū)域(接近A點)，而環(huán)境空氣的狀態(tài)位于B點，濕煙氣進入空氣后開始向A點靠近，通過冷凝后煙氣到達D點，然后通過加熱將煙氣達到E點。使煙氣遠離飽和曲線，可有效避免白煙產生[2]。

圖1 溫度與濕度關系曲線

濕煙氣升溫技術(加熱法)、煙氣降溫后再升溫技術(冷凝再熱法)和濕式靜電除塵除霧技術在工程上都已有應用，這些技術均通過調整排煙的溫度和濕度來消除白煙[3]。本工程采用冷凝再熱法將白霧消除并回收余熱，同時去除有害物質。該技術根據白煙產生的原理，通過降低煙氣露點溫度來消除白煙。要降低煙氣露點溫度，就要減少煙氣的絕對含濕量。由露點溫度的定義(含濕量不變的情況下，氣體達到濕飽和時的溫度)，若溫度降低，煙氣中的水蒸氣就會結露析出，絕對含濕量就會減小，所以可以通過降低煙氣溫度至其露點來實現(xiàn)煙氣中水分的收集。

煙氣消白工藝流程如圖1所示。經離子液脫硫裝置洗滌降溫、脫硫后，煙氣基本處于飽和狀態(tài)，通過高效換熱器降溫，凝結析出大量水分，同時釋放大量潛熱，利用潛熱加熱鼓入高效換熱器內的環(huán)境空氣，使其溫度升高。降溫脫水后的煙氣與加熱后的環(huán)境空氣進入兩個不同的煙道排放，在煙囪頂部再混合，混合后的煙氣濕度大大降低，排出煙囪后的煙氣溫度短時間內達不到露點溫度，因此煙氣中水分不會凝結成水霧，進而達到消減白煙的目的。

結合實際情況，脫硫后煙氣可與其他熱源換熱升溫，加熱后的環(huán)境空氣也可以作為熱源使用。

圖2 冷凝再熱煙氣消白技術示意圖

3.1 工藝煙氣消白及效果

經離子液脫硫后的工藝煙氣流量為207 000 Nm3/h，溫度為42 ℃。煙氣從上而下經過高效換熱器，與通過風機輸送的300 000 Nm3/h環(huán)境空氣進行間接換熱，煙氣溫度從42 ℃降至37 ℃，得到冷凝水約3.4 t/h，風量降至202 793 Nm3/h。同時換熱后環(huán)境煙氣溫度從15 ℃升至39.3 ℃。這兩部分煙氣分別進入各自煙道排放，在煙囪頂部混合，混合后總煙氣量為502 793 Nm3/h，煙氣溫度為38.4 ℃，煙氣中水含量為3.2%。該含水量對應的飽和溫度約為25.4 ℃，此時煙氣溫度比飽和溫度高出約13 ℃。

具體設計設備參數(shù)見表4。煙氣消白性能參數(shù)見表5。

表4 工藝煙氣消白設計設備參數(shù)

表5 工藝煙氣消白性能參數(shù)

3.2 環(huán)境集煙消白及效果

經離子液脫硫后的環(huán)境集煙流量為226 000 Nm3/h，煙氣溫度為38 ℃。煙氣從上而下經過高效換熱器，與通過風機輸送的330 000 Nm3/h環(huán)境空氣進行間接換熱，溫度從38 ℃降至33 ℃，得到冷凝水約3.0 t/h，風量降至222 233 Nm3/h。同時環(huán)境空氣與脫硫后煙氣換熱，溫度從15 ℃升至35.5 ℃。這兩部分煙氣分別進入各自煙道排放，在煙囪頂部混合，混合后總煙氣量為552 233 Nm3/h，煙氣溫度為34.5 ℃，煙氣中水含量為2.7%，該含水量對應的飽和溫度約為22.5 ℃，此時煙氣溫度比飽和溫度高出約12 ℃。

環(huán)境集煙消白設計設備參數(shù)見表6，環(huán)境集煙消白性能參數(shù)見表7。

表6 環(huán)境集煙消白設計設備參數(shù)

表7 環(huán)境集煙消白性能參數(shù)

4 技術特點分析

本項目所采用的冷凝再加熱法主要特點如下：

1)換熱效率高。煙氣換熱采用高效換熱器，其采用焊接技術構造，結構特殊，換熱效果與傳統(tǒng)的板式換熱器相比提高約30%。

2)不易堵塞，方便清洗。該設備板與板之間的空隙相對較大，大大降低了堵塞機率，也方便后期清洗。

3)耐腐蝕性強。針對特殊介質，采用新型耐腐蝕材料——超級不銹鋼，可耐稀硫酸、HCl氣體等，有效解決腐蝕問題。

4)不需要額外的熱源。采用脫硫后煙氣自身熱量與空氣進行換熱，節(jié)約能耗，運行成本低。

5)可徹底消除白煙。濕煙氣先降溫脫水，再加熱，最終煙囪排放口煙氣溫度比飽和溫度高出12～13 ℃，在自然溫度-5～40 ℃環(huán)境下，設備正常運行，離廠區(qū)100 m外，基本無白煙、無拖尾現(xiàn)象。

5 結束語

本文以某工程為例，對離子液法脫硫后的工藝煙氣和環(huán)境集煙兩種煙氣的消白技術進行了介紹，采用冷凝再加熱法，將脫硫后濕煙氣與環(huán)境空氣換熱，使?jié)駸煔饨禍乩淠?，環(huán)境空氣被加熱升溫，然后在煙囪頂部混合后排放。該方法不僅實現(xiàn)了水分的回收，消白效果良好，基本全年無白煙、無拖尾現(xiàn)象，且不需要額外的熱源，節(jié)約能耗，運行成本低。