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燃煤電廠“濕煙羽”消除措施研討

2018-02-01 22:14:05王宗民
上海節(jié)能 2018年5期
關(guān)鍵詞:煙羽含濕量降碳

王宗民

山東省聊城信源集團有限公司

1 引言

目前我國燃煤電廠90%以上機組的脫硫設(shè)施采用的是石灰石—石膏濕法脫硫工藝[1]。此脫硫工藝一般采用噴淋洗滌技術(shù),去除煙氣中的二氧化硫,與此同時大量水被氣化后進入煙氣之中,導(dǎo)致煙氣溫度降低到與煙氣的水露點溫度接近[2][3]。隨著我國燃煤電廠超低排放改造的推進,大部分電廠濕法脫硫裝置取消了GGH。煙氣經(jīng)過濕法脫硫石膏漿液的洗滌,溫度降至45~55℃,呈飽和狀態(tài)[4][5]。

煙囪排出的濕煙氣與溫度較低的環(huán)境空氣發(fā)生接觸,煙氣降溫,在此過程中煙氣中所含水蒸汽過飽和凝結(jié),凝結(jié)水滴對光線產(chǎn)生折射、散射,從而使煙羽呈現(xiàn)出白色或者灰色的“濕煙羽”(俗稱“大白煙”、“白霧”等)[6]。濕煙氣排放時,“煙羽”的抬升高度會有所降低,擴散效果相對較差,污染物在煙囪附近的落地濃度會增加,加重灰霾現(xiàn)象,影響能見度。在環(huán)境溫度低、除霧效果較差時,則有可能發(fā)生“煙囪雨”現(xiàn)象,同時不利于煙氣抬升擴散,甚至?xí)觿【植克嵊辏g工程設(shè)施及建筑物等[7]。濕煙羽現(xiàn)象嚴重影響了電廠周邊居民的生產(chǎn)生活,削弱了公眾對環(huán)境保護工作的滿意度,相當一部分燃煤電廠附近的居民對濕煙羽的治理提出了相關(guān)訴求,地方有關(guān)政府部門也對濕煙羽的控制提出了要求。

隨著國家對污染物排放要求的提高,當前燃煤電廠煙氣排放污染物對環(huán)境的污染已經(jīng)大幅下降。煙氣經(jīng)除塵、脫硫、脫硝、脫汞等措施后有效控制了顆粒物、硫氧化物、氮氧化物和汞等污染物的排放?!盁熡瓞F(xiàn)象”是濕煙氣中水汽凝聚產(chǎn)生的小水滴,不會對環(huán)境造成嚴重污染。與同等干煙氣排放的污染物相比,排放總量并不會發(fā)生變化。目前國內(nèi)外對于濕煙羽的成因以及擬采取的對策并沒有系統(tǒng)性的研究分析,本文就濕煙羽的成因,目前對濕煙羽治理效果的解決技術(shù)和節(jié)能消“煙”措施等三方面進行論述。

2 影響煙羽形成的因素

濕法脫硫是一個氣液交換過程,逆流噴淋脫硫塔的氣液相互作用十分強烈,會對脫硫漿液的液滴產(chǎn)生攜帶?!皾駸熡稹焙汀笆嘤辍敝饕褪俏账?nèi)的液態(tài)水、凈煙氣在煙囪中降溫的冷凝水以及攜帶的漿液滴隨煙氣排放形成的[8]。其中造成這種現(xiàn)象主要因素有環(huán)境因素、工藝設(shè)計、除霧器性能、煙氣特性以及運行參數(shù)等。

環(huán)境因素主要包括環(huán)境溫度、風(fēng)速、氣壓和大氣相對濕度等。工藝設(shè)計包含煙囪中煙氣液滴的攜帶量、脫硫塔內(nèi)煙氣流速、塔內(nèi)流場分布、液氣比、脫硫漿液的霧化程度等。煙氣特性主要指濕煙氣的排煙溫度,煙氣中含有的粉塵、石膏漿液,二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和水蒸汽等。煙氣處理設(shè)備與機組同步運行過程中,實際運行的煙氣量、除塵器的效率、脫硫塔的漿液品質(zhì)以及煙囪排煙溫度等運行參數(shù)都會對煙羽現(xiàn)象的形成產(chǎn)生重要的影響。

3 主要消除技術(shù)

消除煙羽是一個綜合治理的過程,應(yīng)從以下幾方面著手:(1)降低煙氣的絕對含濕量;(2)降低煙氣的相對含濕量;(3)控制煙氣中SO3的生成及排放,控制NOx的排放并合理噴氨;(4)去除亞微米顆粒和酸霧,減少酸性氣溶膠的產(chǎn)生。對此根據(jù)“煙羽現(xiàn)象”的基本成因原理,結(jié)合實際生產(chǎn),治理手段大致可分為三大類:煙氣加熱技術(shù)、煙氣冷凝技術(shù)和煙氣冷凝再熱技術(shù)。

3.1 煙氣加熱技術(shù)

煙氣加熱技術(shù)是對進入煙囪前的濕飽和煙氣進行加熱,將濕煙氣的溫度升高,保持濕煙氣的絕對含濕量不變,相對含濕量減小,使得煙氣相對濕度小于升溫后的飽和濕度,從而達到消除煙羽的技術(shù)要求。

目前煙氣加熱技術(shù)按換熱方式可以分為間接換熱和直接換熱兩類[9]。間接加熱技術(shù)主要有回轉(zhuǎn)式GGH,管式GGH,熱管式GGH,MGGH和蒸汽加熱器等;直接加熱技術(shù)主要有熱二次風(fēng)混合加熱,燃氣直接加熱,熱空氣混合加熱等3種。

3.2 煙氣冷凝技術(shù)

煙氣冷凝技術(shù)是對煙囪入口前的濕飽和煙氣進行冷卻,將濕煙氣的溫度降低,在降溫過程中含濕量大幅下降,減小濕煙氣的絕對含濕量。該技術(shù)可以回收大量煙氣凝結(jié)水、降低煙氣中煙塵、Hg、SO3等多種污染物的濃度。

煙氣冷凝技術(shù)主要有鑲邊凝聚器、冷凝析水器、脫硫零補水系統(tǒng)和煙氣余熱回收與減排一體化系統(tǒng)等。按換熱方式分有為間接換熱(如管式換熱器)和直接換熱(如噴淋塔)兩類。按冷源的不同又可分為水冷源、空氣冷源和其他人工冷源等三種[10][11]。

3.3 煙氣冷凝再熱技術(shù)

煙氣冷凝再熱技術(shù)是上述兩種方式的組合使用。它的濕煙羽消除機理是通過降溫減少濕煙氣中的絕對含濕量,使煙氣中飽和水汽析出成凝結(jié)水,再將煙氣再熱降低濕煙氣的相對含濕量,從而消除煙羽。

3.4 其它消除措施

根據(jù)燃煤電廠“煙羽現(xiàn)象”產(chǎn)生的原因,還可以采取一些可行的措施,如混煤燃燒,采用混煤燃燒的方式降低煙氣中的含硫量,從源頭減少SO3的產(chǎn)生;也可在燃燒中或燃燒后噴堿性吸收劑,從爐膛頂部或選擇在催化還原裝置后向爐膛或煙道內(nèi)噴灑堿性吸收漿液,其與SO3發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽,隨飛灰通過除塵裝置脫除。美國的Gavin電廠爐膛噴鎂脫硫效果顯著,當Mg/SO3摩爾比為7時,SO3的脫除效率可達到90%[12]。除此之外,開發(fā)新型SCR催化劑,如BiOIO3、CuO/TiO2等,降低SCR中SO3的轉(zhuǎn)化[13]~[17]。

4 新型消“煙”技術(shù)

根據(jù)“煙羽現(xiàn)象”的形成機理以及消除技術(shù),可考慮效仿煙氣換熱器——位于發(fā)電廠電除塵器的上游或下游,通常是一種具有逆流排列的管式換熱器[18],在脫硫塔下游布置一級煙氣冷凝裝置用于對濕煙氣降溫,將其中的水蒸氣凝結(jié)出來收集。通過換熱降低煙氣的溫度,將熱量從煙氣轉(zhuǎn)移到冷卻介質(zhì),冷卻介質(zhì)可取自凝汽器的循環(huán)冷卻水,其溫度為30℃左右,使該換熱器具有低溫省煤器的作用,預(yù)先加熱鍋爐給水[19]。也可取自外部水源,給水進口溫度:冬季5~15℃,夏季15~25℃,換熱后可達到35~40℃[20]。

另外,可將煙氣冷凝裝置單獨改造成一個供暖系統(tǒng),提供低品位熱水,供給地暖熱用戶采暖。常規(guī)暖氣散熱片對熱水溫度要求較高,要求供水溫度達到70℃左右,而地暖采暖所要求的供水溫度只需要50℃以下,回水溫度約25℃左右,通過利用地暖的優(yōu)勢,可實現(xiàn)對冷源的循環(huán)再利用。

這樣尾部煙氣冷凝裝置的水循環(huán)流程可以分為兩個單獨的循環(huán)回路,一回路為:冷凝器→煙氣冷凝裝置→省煤器→循環(huán)水泵→鍋爐→過熱器→汽機,該回路用于燃煤電廠正常生產(chǎn)活動;二回路為:外部水源→煙氣冷凝裝置→循環(huán)水泵→用戶,此回路主要用于采暖類型為地暖的用戶。由此運行后,鍋爐熱效率可以得到有效的提高,實現(xiàn)了冷源水的再利用,同時一定程度上消除“煙羽現(xiàn)象”。

5 總結(jié)

對采用濕法脫硫工藝的燃煤電廠普遍存在的“煙羽現(xiàn)象”,其主要原因是脫硫塔脫硫后的煙氣中含有固體顆粒物的液態(tài)水和汽態(tài)水,根本原因為進入煙囪的煙氣為飽和濕煙氣。通過對現(xiàn)有煙羽治理相關(guān)技術(shù)的闡述,結(jié)合當前電廠節(jié)能減排的技術(shù)要求,提出了一種可有效凝結(jié)析出飽和煙氣中水蒸氣的辦法,緩解了煙羽的發(fā)生,同時冷源也得到了良好的利用,對未來的煙羽治理有一定的借鑒意義。

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