濕法脫硫燃煤機組“白色煙羽”節(jié)能治理

王貴彥，黃素華

（1.中國華電集團公司上海分公司，上海 200003；2.上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海 200090）

濕法脫硫燃煤機組“白色煙羽”節(jié)能治理

王貴彥1，黃素華2

（1.中國華電集團公司上海分公司，上海 200003；2.上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海 200090）

利用溫濕圖分析了采用濕法脫硫工藝的燃煤機組煙囪出口容易形成“白色煙羽”的原因，指出目前普遍采用的直接加熱法雖然能夠消除“白色煙羽”，但會增加機組的運行能耗，最后提出采用先冷凝再加熱的工藝是治理“白色煙羽”的有效節(jié)能措施。

白色煙羽；濕法脫硫；濕煙氣；再加熱；冷凝

0 引言

目前，我國大部分燃煤發(fā)電機組脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝［1，2］，該工藝可使煙氣溫度降低至45～55℃，這些低溫飽和濕煙氣直接經(jīng)煙囪進入大氣環(huán)境，遇冷凝結(jié)成微小液滴，從而產(chǎn)生“白色煙羽”。

雖然單純的“白色煙羽”對環(huán)境質(zhì)量沒有影響，但是影響環(huán)境感觀，有時甚至會被誤認為有毒、有害廢氣。濕煙氣凝結(jié)形成的微小水滴雖然危害不大，但是會對周圍居民生活造成一定的困擾，環(huán)保局就經(jīng)常接到類似投訴。因此，許多燃煤電廠把消除“白色煙羽”作為超低排放改造的重要內(nèi)容之一。

1 “白色煙羽”形成機理

濕法脫硫后的濕煙氣直接排放之所以會產(chǎn)生“白色煙羽”，是因為在脫硫過程中，脫硫漿液與高溫煙氣直接接觸，發(fā)生傳熱傳質(zhì)。一方面水分蒸發(fā)，增加煙氣的含濕量；另一方面，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達到飽和狀態(tài)后，會攜帶部分小液滴。這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經(jīng)除霧器除去絕大部分液滴后，如果直接經(jīng)煙囪排入大氣，由于環(huán)境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會凝結(jié)成小液滴形成“白色煙羽”。

圖1 溫濕圖上煙氣狀態(tài)變化

圖1為相對濕度為100%的空氣中含濕量隨溫度的變化趨勢曲線，A點為排放濕煙氣的初始狀態(tài)，B點、C點為不同的環(huán)境空氣狀態(tài)，AB，AC分別與飽和濕度曲線相交于B1，C1點。濕煙氣從煙囪口排出后是否會出現(xiàn)白煙及出現(xiàn)白煙的長度，不僅與煙氣本身含濕量的多少、煙氣的溫度（A點位置）有關(guān)，而且與它周圍環(huán)境空氣的溫度、濕度（即B，C點位置）有關(guān)。A點狀態(tài)的濕煙氣從煙囪口排出后，沿飽和濕度曲線變化到B1點，在這個過程中濕煙氣中的水分凝結(jié)成小液滴，也即形成“白色煙羽”，然后由B1點沿直線變化到環(huán)境狀態(tài)B點，在這個過程中“白色煙羽”消失。由A點變化到環(huán)境溫度更低的C點的過程也類似，只不過“白色煙羽”的長度更長。因此，只要濕煙氣初始狀態(tài)點與環(huán)境狀態(tài)點的連線與飽和濕度曲線相交，就會產(chǎn)生“白色煙羽”。并且環(huán)境溫度越低、濕度越大“白色煙羽”越長。

大氣環(huán)境因素中，環(huán)境溫度、相對濕度、大氣壓力都對“白色煙羽”的形成有影響，其中環(huán)境溫度的影響最大，所以這里僅討論和分析環(huán)境溫度的影響情況，假定大氣壓力為101.325 kPa、大氣相對濕度為60%。

2 直接加熱法

直接加熱法就是將脫硫后45～55℃的濕煙氣加熱到70～80℃再排放。主要有［1，3］：

（1）利用鍋爐二次風加熱凈煙氣；

（2）利用原煙氣加熱凈煙氣（回轉(zhuǎn)式氣氣換熱器、管式氣氣換熱器）；

（3）在煙囪底部利用清潔燃料來加熱凈煙氣。

我國目前主要采用原煙氣加熱凈煙氣，而且主要是管式氣氣換熱器。由于回轉(zhuǎn)式氣氣換熱器不可能完全密封，臟煙氣側(cè)會向凈煙氣側(cè)泄漏粉塵和SO2，不符合目前超低排放的要求，而且運行中存在嚴重的腐蝕、堵塞問題，影響機組的可用率，已基本放棄。

脫硫后的濕煙氣要再加熱到多高的溫度才能消除“白色煙羽”，不僅與環(huán)境空氣的溫度和濕度密切相關(guān)，而且與脫硫塔出口的濕煙氣溫度也密切相關(guān)［4］。對于50℃的濕煙氣，在10℃的環(huán)境溫度下只要加熱到71.4℃以上就可消除“白色煙羽”，而在5℃的環(huán)境溫度下則需要加熱到86.2℃以上。對于脫硫塔出口溫度較高的濕煙氣，則需要再加熱的溫度更高一些。例如，在10℃的環(huán)境溫度下，對于45℃的濕煙氣只要加熱到57.9℃以上就能消除“白色煙羽”，而對于 55℃的濕煙氣，則需要加熱到87.9℃以上才能達到目的。

如圖2所示，將脫硫塔出口飽和濕煙氣從A狀態(tài)加熱到A1狀態(tài)后，A1B1與飽和濕度曲線不再相交，表明當環(huán)境溫度為B1（30℃）時，不會有“白色煙羽”產(chǎn)生；而A1B2與飽和濕度曲線還是相交，表明當環(huán)境溫度為B2（15℃），溫度較低時，仍然有“白色煙羽”產(chǎn)生，但是“白色煙羽”長度已經(jīng)縮短。因此，在較低的環(huán)境溫度下，要完全消除“白色煙羽”，還要將濕煙氣加熱到更高的溫度，直到最后的狀態(tài)點與環(huán)境溫度點的連線不再與飽和濕度曲線相交。

圖2 濕煙氣加熱后排放狀況

將脫硫塔出口的濕飽和煙氣直接加熱到一定溫度后再排放能夠消除“白色煙羽”，但是會增加發(fā)電機組的能耗。

3 先冷凝再加熱法

如圖3所示，A點濕煙氣的初始溫度為55℃，C點環(huán)境溫度為20℃。如果采用直接加熱法，需要將A點的濕煙氣加熱到A1點的72℃以上才能消除“白色煙羽”，溫差為17℃；而如果先將A點濕煙氣冷凝到B點（50℃）除去濕煙氣中的部分水分，然后再從B點加熱到B1點（60℃），就能消除“白色煙羽”，而其溫差僅為10℃。通過這種先冷凝再加熱濕煙氣的方法，一方面可以在冷凝過程中回收濕煙氣冷凝放熱量和凝結(jié)下來的水；另一方面由于冷凝后濕煙氣需要再加熱的溫度降低，而且水分析出后濕煙氣的定壓比熱降低，因此冷凝后濕煙氣需要再加熱的熱量大為減少。

圖3 濕煙氣先冷凝再加熱過程

這里以某超臨界600MW機組為例來分析計算先冷凝再加熱工藝的能耗情況。假定脫硫塔出口濕煙氣溫度為55℃，利用凝結(jié)水將其冷凝到50℃，加熱后的凝結(jié)水回到＃8低壓加熱器的出口。

超臨界600MW機組額定工況下，脫硫塔出口濕煙氣量約為2200 t/h，而標準大氣壓下55℃、50℃飽和濕煙氣的含濕量分別約為114.6 g/kg（煙氣）和86.4 g/kg（煙氣），濕煙氣比熱約為1.1 kJ/kg·K。因此，濕煙氣從55℃冷凝到50℃，凝結(jié)水的速率約為62.11 t/h，放熱量速率約為159.4GJ/h（包含部分潛熱放熱）；而假定環(huán)境溫度為20℃，為消除“白色煙羽”將冷凝后的濕煙氣通過管式氣氣換熱器加熱到60℃每小時需要的熱量僅為35.3GJ。而直接加熱法將55℃的濕煙氣加熱到72℃每小時需要的熱量為53.2GJ。因此，通過先冷凝再加熱工藝，不僅每小時可回收62.11 t的水和159.4GJ的余熱，而且每小時還可節(jié)約17.9GJ的能耗。盡管這些余熱由于溫度較低，做功能力不強，但是可以彌補因煙氣冷凝而增加的風機損耗；回收的冷凝水則可以加以綜合利用。因此，對脫硫塔出口濕煙氣先冷凝再加熱不失為一種“白色煙羽”的節(jié)能治理模式［5-9］。

4 結(jié)束語

“白色煙羽”雖然對環(huán)境質(zhì)量沒有影響，但是影響環(huán)境感觀，需要加以治理。目前主要采取直接加熱法來消除“白色煙羽”，這會增加機組的能耗。而通過先冷凝再加熱的處理工藝，不僅能回收部分余熱來彌補機組能耗，而且能夠回收一些冷凝水加以綜合利用，不失為一種節(jié)能型的“白色煙羽”治理模式。

［1］王穎聰.濕法脫硫煙氣石膏雨成因分析及處理方案綜述［J］.華北電力技術(shù)，2012（10）：68-71，75.

［2］李春萱，黃淑芳，楊征，等.氣-氣換熱器在濕法煙氣脫硫中的新應用［J］.熱力發(fā)電，2006，35（7）：60-62.

［3］陳蓮芳，徐夕仁，馬春元，等.濕式煙氣脫硫過程中白煙的產(chǎn)生及防治［J］.發(fā)電設(shè)備，2005，19（5）：326-328.

［4］姚增權(quán).濕煙氣的抬升與凝結(jié)［J］.國際電力，2003，7（1）：42-46.

［5］李青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標管理技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［6］王志斌.運用耗差分析法實現(xiàn)機組優(yōu)化管理［C］//安徽省電機工程學會熱動專委會第10屆學術(shù)年會論文集，2002.

［7］王俊有.火電廠生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理模型及控制策略［D］.保定：華北電力大學，2007.

［8］賈堂剛，周文濤.CFB機組高效燃燒技術(shù)應用研究［J］.中國循環(huán)流化床發(fā)電，2015（9）：35-36.

［9］節(jié)能技術(shù)監(jiān)督導則：DL/T 1052—2007［S］.

（本文責編：劉炳鋒）

TK219

B

1674-1951（2016）11-0064-02

王貴彥（1959—），男，黑龍江人，高級工程師，在職研究生，從事電力企業(yè)的生產(chǎn)和管理方面工作（E-mail：Hdyngswgy＠163.com）。

2016-10-12；

2016-11-04

黃素華（1970—），男，江蘇南通人，高級工程師，從事電廠節(jié)能及熱能動力試驗研究工作。