燃煤煙氣水分回收技術(shù)概述

甘露 毛霖 李紅飛 王濟(jì)平 靳超然（國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司重慶科技分公司）

燃煤煙氣水分回收技術(shù)概述

甘露 毛霖 李紅飛 王濟(jì)平 靳超然
（國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司重慶科技分公司）

介紹了可用于實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣水分回收的膜法水分捕集技術(shù)和相變凝聚提水技術(shù)，給出了相變凝聚提水技術(shù)中換熱器的對(duì)比選型。

膜法水分捕集技術(shù)；相變凝聚提水技術(shù)；氟塑料；多污染物協(xié)同脫除

引言

火力發(fā)電仍是我國(guó)當(dāng)前主要電力來(lái)源，節(jié)約用水、降低耗水指標(biāo)，是我國(guó)發(fā)展電力工業(yè)的必然選擇和發(fā)展趨勢(shì)，尤其是北方富煤缺水地區(qū)。在火電廠各工藝系統(tǒng)用水指標(biāo)不斷降低的情況下，濕法脫硫系統(tǒng)的耗水量變得尤為突出，而這部分水主要是以水蒸汽的形式隨凈煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。對(duì)空冷機(jī)組而言，濕法脫硫系統(tǒng)用水量占機(jī)組總用水量的50%以上，而以水蒸氣形式流失的部分則占濕法脫硫系統(tǒng)用水量的80%及以上。又鑒于煤燃燒過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生大量水蒸汽進(jìn)入煙氣，因此如果能將脫硫后凈煙氣中的水蒸氣收集并加以利用，足以滿足脫硫系統(tǒng)的用水需求，進(jìn)而大幅降低燃煤機(jī)組水耗。目前，可用于燃煤煙氣水分回收的技術(shù)主要有膜法水分捕集技術(shù)和相變凝聚提水技術(shù)。

1 膜法水分捕集技術(shù)

氣體膜分離技術(shù)是在氣體分壓驅(qū)動(dòng)下，憑借氣體中各組分在高分子膜表面吸附能力、膜內(nèi)滲透速率的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的。目前，基于膜分離技術(shù)的煙氣膜法水分捕集技術(shù)主要有輸運(yùn)膜凝汽器技術(shù)和CAPWA膜法水分回收技術(shù)等。目前，基礎(chǔ)研究均已完成，處于從中試到商業(yè)應(yīng)用的應(yīng)用研究階段。相較于基于換熱技術(shù)的相變凝聚提水技術(shù)而言，膜法水分捕集技術(shù)依靠氣體分子分離實(shí)現(xiàn)水分回收，水質(zhì)較好，加設(shè)較少的水處理工藝即可制備高質(zhì)水。但由于凈煙氣內(nèi)含有部分含固霧滴，因此如何防垢、除垢將直接影響該技術(shù)在商業(yè)運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行性能及可靠性[1-2]。

2 相變凝聚提水技術(shù)

相變凝聚提水技術(shù)是在吸收塔后凈煙道內(nèi)設(shè)置一級(jí)降溫?fù)Q熱器，通過(guò)將凈煙氣溫度降低至水露點(diǎn)以下，使煙氣中的水蒸汽冷凝成水并加以回收。

脫硫出口凈煙氣為飽和濕煙氣，且含有SO2、HCL、HF、NOX等腐蝕性氣體。由于上述腐蝕性氣體的露點(diǎn)溫度與水露點(diǎn)相近，因此一旦凝結(jié)，必將伴隨著大量的水分析出，此時(shí)其他酸蒸汽也會(huì)融入水中，形成較強(qiáng)的腐蝕。因此當(dāng)飽和濕煙氣進(jìn)入降溫?fù)Q熱器后，會(huì)對(duì)其產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕，且腐蝕環(huán)境比常規(guī)煙氣冷卻器和煙氣再熱器等所處環(huán)境都更加惡劣。目前，用作燃煤電廠煙氣換熱器的有金屬換熱器、包塑管換熱器和氟塑料換熱器。對(duì)于金屬換熱器而言，即使316L，2205等金屬管材通過(guò)添加Cu，Cr，Ni等合金元素提高了材料本身的耐腐蝕性能，但仍難適用于相變凝聚提水技術(shù)中降溫?fù)Q熱器所面臨的腐蝕環(huán)境。包塑管是以鋼管為基材，將氟塑料均勻包覆在鋼管表面制造而成，抗腐蝕性能優(yōu)異。實(shí)際運(yùn)行表明，在國(guó)內(nèi)首批采用包塑管換熱器的燃煤機(jī)組中，包塑管換熱器投運(yùn)不久即出現(xiàn)了開(kāi)列問(wèn)題，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。

氟塑料換熱器是以小直徑薄壁氟塑料軟管作為換熱元件的換熱器，主要采用聚四氟乙烯（PTFE）、可熔性聚四氟乙烯（PFA）等材質(zhì)作為軟管制造原料。氟塑料是部分或全部氫被氟取代的鏈烷烴聚合物，具有突出的耐高低溫、耐化學(xué)腐蝕和耐老化，優(yōu)異的電絕緣性、低摩擦性和不粘附性等。PTFE和PFA的管材加工工藝分別為冷壓燒結(jié)和熔融加工，生產(chǎn)工藝的不同使得PTFE比PFA更致密，爆破壓更高，又PFA的熔融加工工藝使得PFA的管材加工過(guò)程中存在混入國(guó)產(chǎn)料或二次廢料的風(fēng)險(xiǎn)，固目前大多推薦使用以PTFE管材制成的氟塑料換熱器。

氟塑料相變凝聚提水技術(shù)是在吸收塔后水平煙道內(nèi)設(shè)置一級(jí)氟塑料凝水除塵器，通過(guò)降低凈煙氣溫度至水露點(diǎn)以下，使煙氣中的水蒸氣冷凝成水并加以回收，處理后的冷凝水可用作脫硫系統(tǒng)工藝水。由于氟塑料管材表面光滑，表面能低，顯低摩擦特性，表面不粘性突出，因此在氟塑料換熱器的使用過(guò)程中具有煙氣側(cè)阻力小、不積灰、不結(jié)垢、自清潔、易清洗、傳熱性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

在煙氣治理系統(tǒng)中，雖然靜電除塵裝置、濕法脫硫系統(tǒng)等可以脫除煙氣中的大部分顆粒物，但難以有效脫除微細(xì)顆粒物，而氟塑料凝水除塵器作為相變凝聚裝置具有良好的微細(xì)顆粒物脫除效果。這主要是因?yàn)轱柡蜐駸煔膺M(jìn)入氟塑料凝水除塵器內(nèi)部后遇冷降溫，所含水蒸氣相變凝結(jié)，有利于微細(xì)顆粒碰撞、凝聚，凝聚后的顆粒物向冷凝壁面移動(dòng)，附著在冷凝管表面的液膜上，在重力作用下流動(dòng)到裝置底部后收集。此外，由于換熱管束表面水膜的存在，氟塑料相變凝聚提水技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)Hg、As等重金屬和NOx的協(xié)同脫除。研究結(jié)果表明，氟塑料相變凝聚提水技術(shù)的煙氣提水效率＞70%，顆粒物脫除效率顯著（在特定工況下，除塵效率可達(dá)70%）。

目前，氟塑料相變凝聚提水技術(shù)已完成實(shí)驗(yàn)室研究、中試研究及示范項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)行。隨著煤炭分布與水資源分布差異化問(wèn)題的日益凸顯，以氟塑料為基礎(chǔ)的煙氣凝聚提水裝置將逐漸進(jìn)入人們的視野。其次，鑒于該裝置具有極高的微細(xì)粉塵脫除效率，因此，氟塑料凝水除塵裝置的應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放，降低現(xiàn)有除塵裝置的投資運(yùn)行成本也具有重要意義。有鑒于此，氟塑料凝水除塵裝置必將成為燃煤電廠節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的又一研究重點(diǎn)及熱點(diǎn)。

結(jié)論

節(jié)約用水、降低耗水指標(biāo)是我國(guó)發(fā)展電力工業(yè)的必然選擇和發(fā)展趨勢(shì)，回收利用脫硫后凈煙氣中的水蒸氣能夠大幅降低燃煤機(jī)組水耗。以氟塑料換熱器為核心的氟塑料相變凝聚提水技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高效提水、除塵及多污染物的協(xié)同脫除，必將成為燃煤電廠節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的又一研究重點(diǎn)及熱點(diǎn)。

[1]許全坤，汪洋劉.基于膜分離方法的煙氣水分回收技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J].華電技術(shù)，2013，35(5):25-28.

[2]譚厚章.濕式相變凝聚技術(shù)協(xié)同濕式電除塵器脫除微細(xì)顆粒物研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2016,37（12）：

2710-2714.