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        濕煙羽治理
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        濕煙羽治理

        濕煙羽治理濕煙羽形成機理及主要治理技術
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          一、濕煙羽的定義
         
          煙囪排出的飽和濕煙氣與溫度較低的環境空氣接觸時,在煙氣降溫過程中,煙氣中所含水蒸氣過飽和凝結,凝結水滴對光線產生折射、散射,從而使煙羽呈現出白色或者灰色,稱其為“濕煙羽”(俗稱“大白煙”)。重點提示:濕煙羽是羽毛的羽,不是下雨的雨。不是石膏雨!不是煙囪雨!
         
         
          二、濕煙羽形成機理
         
          如圖所示為濕空氣的飽和曲線,假設濕煙氣在煙囪出口處的狀態位于F點,煙氣在離開煙囪時處于未飽和和狀態。濕煙氣與環境空氣混合過程開始沿AB線變化,達到B點后煙氣變為飽和濕煙氣,此后濕空氣與環境空氣的混合沿著曲線BDE變化,而多余的水蒸汽將凝結成液態小水滴,形成濕煙羽. 根據濕煙羽形成及消散的機理,可將現有的對濕煙羽有治理效果的。
         
          技術歸納為:
         
          1、煙氣加熱技術,典型的GGH、熱管式GGH、MGGH、蒸汽加熱器等;
         
          2、煙氣冷凝技術,典型的新建噴淋塔、水冷源、空氣冷源和其他人工冷源;
         
          3、煙氣冷凝再熱技術,兩種技術組合應用,從經濟性出發,單純的加熱和冷凝方式都有各自的限制,加熱受到原煙氣煙溫條件的限制,冷凝受到環境空氣、水溫度的限制。在此條件下若采用冷凝再熱技術,將加熱和冷凝結合起來使用,則可擴大系統濕煙羽消除對環境溫濕度的適應范圍。

         

                                      

          三、 濕煙羽主要治理技術
         
          目前國內絕大多數鍋爐、窯爐的煙氣在排放前都進行了濕法脫硫,溫度降至45-55℃,焦爐脫硫煙氣達到65℃,此時的煙氣通常是飽和濕煙氣。煙氣由煙囪直接排出,進入溫度較低的環境,在煙氣溫度降低過程中,煙氣中的水蒸汽會凝結形成濕煙羽。
         
          根據濕煙羽形成及消散的機理,可將現有的對濕煙羽有治理效果的技術歸納為煙氣加熱技術、煙氣冷凝技術、煙氣冷凝再熱技術。目前電力行業內已有投運的煙氣冷凝和煙氣冷凝再熱技術,大多數并非針對濕煙羽的治理,主要目的是減排、收水、節水。其技術指標尚未結合濕煙羽的消除來制定,但在客觀上還是起到了濕煙羽治理的效果。
         
          一些燃煤電廠所采用濕式電除塵器、煙道除霧器、聲波除霧、煙囪收水環和除霧器等技術雖可去除煙氣的凝結水,但由于煙氣凝結水在煙氣中水汽的占比十分有限(不到1‰),因此去除煙氣的凝結水只能減輕“濕煙羽”,不能有效消除濕煙羽,本文不做深入研究。此外,還有采用冷卻塔排放的方式可以實現濕煙羽治理,但更適用于新建機組,不適合現役機組改造,本文亦不對此深究。
         
          四、煙氣加熱技術
         
          煙氣加熱技術是對脫硫出口的濕飽和煙氣進行加熱,使得煙氣相對濕度遠離飽和濕度曲線。濕煙羽消除機理如圖2所示,濕煙氣初始狀態位于A點,經過加熱后按AB升溫,再沿BC摻混、冷卻至環境狀態點C,整個ABC變化過程均與飽和濕度曲線不相交,因此不產生濕煙羽。
         
         
          前在役的加熱技術按換熱方式分為兩大類:即間接換熱與直接換熱。間接換熱的主要代表技術有:回轉式GGH、管式GGH、熱管式GGH、MGGH、蒸汽加熱器等。直接換熱的主要代表技術有:熱二次風混合加熱、燃氣直接加熱、熱空氣混合加熱等。各加熱技術若按實現濕煙羽治理的同等技術指標,其主要技術經濟對比情況如表1所示。
         
         
          直接加熱的技術雖一次投資較低,但因其熱源并非利用煙氣余熱,運行費用太高,作為濕煙羽治理的手段代價過大,在實際應用當中案例也極少。間接加熱技術中,回轉式GGH與管式GGH均有不同程度漏風¨,在中國燃煤電廠超低排放的大環境條件下,作為濕煙羽治理手段,其應用也受到限制。熱管式GGH大型化后,將使吹灰器布置有一定難度,且加大了占地面積引,在大機組上暫無應用。蒸汽加熱的方式同樣因熱源問題能耗過高。因此,結合時下煙氣超低排放及節能的要求,MGGH若作為濕煙羽治理的手段之一,具有最廣闊的應用前景。
         
          五、煙氣冷凝技術
         
          煙氣冷凝技術是對脫硫出口的濕飽和煙氣進行冷卻,使得煙氣沿著飽和濕度曲線降溫,在降溫過程中含濕量大幅下降。濕煙羽消除機理如圖3所示。濕煙氣初始狀態位于A點,經過降溫后按AF冷凝,再沿Fc摻混、冷卻至環境狀態點C,FC變化過程與飽和濕度曲線不相交,因此不產生濕煙羽。
          燃煤電廠目前已有煙氣冷凝的主要代表技術有:相變凝聚器、冷凝析水器、脫硫零補水系統、煙氣余熱回收與減排一體化系統等,其特點如表2所示。從這些技術命名可以看出其功能主要考慮的是減排、收水、節能等,在原理上來說,各類技術都是對脫硫后凈煙氣進行降溫,符合了圖3的機理,這些技術已在實際應用當中起到了濕煙羽治理的效果。
         
         
          冷凝技術按換熱方式主要分為兩大類:間接換熱和直接換熱。直接換熱主要采用新建噴淋塔作為換熱設備,有一定占地要求,冷媒與凈煙氣直接接觸,換熱效率高,但需要對冷媒水系統進行補充加藥控制PH值,系統較復雜。間接換熱多采用管式換熱器作為換熱設備,冷媒與凈煙氣不直接接觸,系統較簡單。
         
          根據冷源的不同冷凝技術又分為:水冷源、空氣冷源和其他人工冷源。其中水冷源所構成的循環水系統最為簡單,僅配置泵和循環管路,通常是開式循環。運行費用最低、占地小。采用空氣冷源的系統通常循環水系統中需配置冷卻塔,系統較水冷要復雜、占地大,新增的冷卻塔會在靠近地面成為新的白煙生成源。其他人工冷源,如熱泵,占地面積大,能耗高(以蒸汽溴化鋰熱泵為例,每交換1MJ熱量需要消耗0.7MJ蒸汽)。以環境空氣、江河海水作為冷源的系統,其冷源的品質受季節影響較為明顯,以華東地區為例,冬季和夏季環境溫度相差20—30度,因此同一套系統不同季節的冷凝效果會有較大差別。
         
          煙氣冷凝技術對脫硫后濕煙氣冷卻,使得煙氣中大量的氣態水冷凝為液滴,在此過程中能夠捕捉微細顆粒物¨、SO等多種污染物。因此,煙氣冷凝技術作為濕煙羽治理的手段,不僅能夠對白煙消除有良好效果,還可以實現煙氣多污染物聯合脫除,冷凝水可作為脫硫補水使用。
         
          六、煙氣冷凝再熱技術
         
          煙氣冷凝再熱技術是前述兩種方式組合使用。它的濕煙羽消除機理如圖4所示,濕煙氣初始狀態位于A點,經過降溫后按AD冷凝,再沿DE加熱,然后沿EC摻混、冷卻至環境狀態點C,EC變化過程與飽和濕度曲線不相交,因此不產生濕煙羽。濕煙羽的消散機理顯示,環境濕度、環境溫度對濕煙羽的形成及規模有較大影響¨。理論上,在給定的環境溫濕度條件下,若不計代價,加熱技術和冷凝技術都能實現濕煙羽的消除(加熱溫度足夠高,冷凝溫度足夠低),但根據燃煤電廠的實際情況,從經濟性出發,單純的加熱和冷凝方式都有各自的限制,加熱受到原煙氣煙溫條件的限制,冷凝受到環境空氣、水溫度的限制。在此條件下若采用冷凝再熱技術,將加熱和冷凝結合起來使用,則可擴大系統濕煙羽消除對環境溫濕度的適應范圍。
         
         
          例如,濕法脫硫后的飽和濕煙氣溫度為50%,綜合考慮到冷熱源選取條件、換熱溫差等因素,加熱法對煙氣升溫幅度按不超過30"12,冷凝法對煙氣煙氣降溫幅度不超過25%。上述條件下,這三類技術濕煙羽治理效果對環境條件的適應情況,見圖5。
         
         
          適用范圍界線以上部分為各類技術的濕煙羽消除區域,顯然,降溫再熱技術對環境條件的適用范圍遠大于單純的加熱技術和冷凝技術的適用范圍。當環境相對濕度80%時,加熱技術能在環境溫度大于15℃時消除濕煙羽;降溫技術能在環境溫度大于9~C時消除濕煙羽;冷凝再熱技術能在環境溫度大于一6.5cC時消除濕煙羽。

         

        幾種典型應用

        1、鍋爐及工業窯爐  

        脫硫煙氣出口溫度在45-55℃,煙氣溫度和濕含量較低,可采用直接加熱或直接冷凝技術,也可采用循環水冷卻或空冷,然后利用煙氣余熱采用GGH或MGGH換熱,實現煙氣脫白;冷凝水做脫硫工藝水補充,不破壞脫硫水平衡。

        2、鋼廠燒結機及豎爐  

        脫硫煙氣出口溫度在55-60℃,煙氣濕含量相對較高,同時煙氣量大,采用循環水冷降溫除凝,將煙氣溫度降至40-45℃,然后采用MGGH利用煙氣余熱加熱脫白;冷凝水做脫硫工藝水補充,不破壞脫硫水平衡。

        3、焦爐   

        脫硫煙氣出口溫度高達65℃,煙氣含濕量大,采用循環水冷降溫除凝,將煙氣溫度將至45℃左右,然后采用GGH或MGGH,利用余熱加熱濕煙氣,蒸汽做補充,煙氣直排或回原煙囪熱備;產生大量冷凝水,簡單處理循環使用。

        典型工藝路線:

              

          使用情況:

          首鋼集團公司X焦化公司配合低溫脫硝、氨法脫硫,采用GGH技術利用煙氣余熱實現脫硫煙氣脫白,于2017年4月投入       運行,效果良好。      

                                                            首鋼集團某焦化公司煙氣脫白GGH技術應用

        關鍵詞:
        濕煙羽治理、煙羽治理、煙氣脫白、煙氣治理、脫硫脫硝
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