王 勇,馬 聰,靳 超,孔德文

(華電國(guó)際電力股份有限公司天津開(kāi)發(fā)區(qū)分公司，天津 300270 )

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，SO2、NOx和粉塵顆粒物等污染物排放量增多，超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家出臺(tái)多項(xiàng)環(huán)保措施進(jìn)行治理，大氣環(huán)境形勢(shì)依然十分嚴(yán)峻，對(duì)企業(yè)的要求也越來(lái)越高。

在充分考慮國(guó)家污染防治大局的前提下，在煙氣中采取單個(gè)污染物多種方式聯(lián)合協(xié)同治理方案，脫除含硝物質(zhì)工藝采用SNCR+SCR脫硝方案[1-4]，脫除含硫物質(zhì)采用爐內(nèi)適當(dāng)位置噴鈣+爐后采取石灰石-石膏濕法脫除含硫物質(zhì)的工藝[5-9]，除塵采用電袋除塵+脫硫塔高效協(xié)同脫除工藝[10-12]，機(jī)組排放指標(biāo)得到提升，從而全面滿足國(guó)家及地方污染物防治要求。

結(jié)合循環(huán)流化床(Circulating Fluidized Bed ，CFB)鍋爐燃燒特性，分析煤質(zhì)成分、環(huán)境溫度、環(huán)境相對(duì)濕度等因素對(duì)石灰石-石膏濕法脫硫后煙氣溫度(簡(jiǎn)稱煙溫)的影響。通過(guò)煙氣冷凝器(Flue Gas Condenser， FGC)表面相變凝聚傳熱以達(dá)到降低可凝結(jié)顆粒物排放的目的。

1 吸收塔出口煙溫影響因素研究

經(jīng)吸收塔噴淋后的煙氣為飽和濕煙氣或近飽和濕煙氣，在煙氣溫度降低過(guò)程中，伴隨著水蒸氣凝結(jié)，其釋放的熱量包括兩部分：一部分為物理顯熱；一部分為汽化潛熱，其中汽化潛熱占總熱量的85%～90%。

吸收塔出口煙溫一般在47～60 ℃，其決定了相變凝聚過(guò)程中的煙氣溫降及換熱量的大小，進(jìn)而對(duì)設(shè)備換熱面積及工程造價(jià)有較大影響。

1.1 煤質(zhì)成分的影響

定義無(wú)量綱煤質(zhì)參數(shù)N=W(變化)/W(設(shè)計(jì))，W代表Car、Har、Oar、Nar、Mt等煤質(zhì)成分。圖1為收到基煤質(zhì)參數(shù)設(shè)計(jì)值在70%～130%變化時(shí)，對(duì)吸收塔出口煙溫的影響。由圖1可知，隨著Mt、Har質(zhì)量濃度上升，吸收塔出口煙溫上升，Mt、Har質(zhì)量濃度變化與吸收塔出口煙溫近似呈線性關(guān)系，其中Mt每增加1%，吸收塔出口煙溫增加約0.21 ℃，Har每增加1%，吸收塔出口煙溫增加約1.78 ℃；隨著Car質(zhì)量濃度上升，吸收塔出口煙溫近似呈指數(shù)下降；隨著Oar、Nar質(zhì)量濃度上升，吸收塔出口煙溫基本不變。

圖1 煤質(zhì)參數(shù)變化對(duì)吸收塔出口煙溫影響

1.2 環(huán)境溫度的影響

選用天津地區(qū)1—12月平均溫度作為設(shè)計(jì)環(huán)境溫度，吸收塔出口煙溫變化如圖2所示，其中1—7月，隨著環(huán)境溫度上升，空氣含濕量上升，吸收塔出口煙溫上升，7月環(huán)境溫度最高，吸收塔出口煙溫最高；7—12月，隨著環(huán)境溫度下降，吸收塔出口煙溫降低。

圖2 環(huán)境溫度對(duì)吸收塔出口煙溫影響

1.3 相對(duì)濕度的影響

相對(duì)濕度對(duì)吸收塔出口煙溫的影響如圖3所示。相對(duì)濕度在50%～90%，隨著環(huán)境相對(duì)濕度增加，吸收塔出口煙溫上升，二者近似呈線性關(guān)系，環(huán)境濕度每增加10%，吸收塔出口煙溫約增加0.22 ℃。

圖3 相對(duì)濕度對(duì)吸收塔出口煙溫影響

2 相變凝聚傳熱的機(jī)理與試驗(yàn)研究

脫硫吸收塔中煙氣與脫硫漿液逆向接觸，脫硫漿液中水分吸收煙氣熱量變?yōu)檎羝M(jìn)入煙氣生成飽和濕煙氣或近飽和濕煙氣，濕煙氣中含有未能完全收集的微細(xì)顆粒、SO3等氣溶膠粒子及慣性攜帶的石膏漿液霧滴。采取煙氣降溫的手段，使飽和濕煙氣中水蒸氣冷凝，在冷凝過(guò)程中氣溶膠粒子等可凝結(jié)顆粒物可作為水蒸氣凝結(jié)的晶核，隨水蒸氣凝結(jié)而被脫除。

飽和濕煙氣或近飽和濕煙氣通過(guò)熱交換達(dá)到降低煙氣溫度及含濕量的目的，在熱交換過(guò)程中，F(xiàn)GC表面會(huì)發(fā)生相變凝聚。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中所發(fā)生的相變凝聚過(guò)程往往極為復(fù)雜，例如煙氣中有不凝結(jié)的成分且不凝結(jié)成分占大多數(shù)，在豎直方向上水平管可能是疊層布置，換熱面是平面板式等。在國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，提出一種飽和濕煙氣相變凝聚傳熱的基本關(guān)聯(lián)式，關(guān)聯(lián)式為努塞爾Nusselt凝結(jié)換熱計(jì)算式TNu的修正形式：T=h·TNu，其中h由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。

冷凝壁面通過(guò)氣相主體傳遞熱量，其總傳熱量由不發(fā)生相變的顯熱與發(fā)生物理相變的潛熱兩部分組成。冷凝液膜是蒸汽遇冷而凝結(jié)在冷凝壁面上形成的，由于不凝結(jié)氣體的存在，使其不能順利通過(guò)冷凝液膜，形成了氣-汽擴(kuò)散層，蒸汽要在冷凝壁面上冷凝，唯有通過(guò)擴(kuò)散和對(duì)流兩種方式穿過(guò)擴(kuò)散層。主體飽和溫度由于不凝結(jié)氣體的大量存在而高于界面的飽和溫度。純蒸汽冷凝中，管內(nèi)冷凝傳熱的主要熱阻就是冷凝液膜。主體混合氣和冷凝界面的傳熱阻力與界面附近不凝結(jié)氣體濃度成線性關(guān)系，隨著濃度升高而增加。氣-汽邊界層溫度梯度隨著不凝結(jié)氣體含量增多，傳熱阻力就會(huì)越來(lái)越大。因此不凝結(jié)氣體存在的條件下，冷凝傳熱系數(shù)會(huì)明顯降低。

3 結(jié)束語(yǔ)

在脫硫塔后凈煙道設(shè)置FGC提升吸收塔出口煙氣溫度，單臺(tái)機(jī)組可降低煙氣的含液量約 20 t，同時(shí)通過(guò)煙氣溫度和含濕量控制達(dá)到降低煙氣中可溶性鹽、硫酸霧、有機(jī)物等可凝結(jié)顆粒物的控制效果，消除石膏雨及有色煙羽等現(xiàn)象。