冷凝再熱法煙氣消白技術在氨法脫硫中應用

王存平，石永，郭銳(陜西延長石油興化化工有限公司，陜西 興平 713100)

1 背景介紹

目前，我國大部分燃煤鍋爐煙氣用濕法脫硫工藝，排放濕煙氣溫度在45～55 ℃[1]，經煙囪排放的低溫飽和濕煙氣與溫度較低的環境空氣接觸時，煙氣溫度降低，發生水蒸氣冷凝，凝結的水滴對光線產生折射、散射，從而使煙羽呈現出大白煙的現象，稱為濕煙羽。雖然濕煙羽對環境質量沒有影響，但是影響環境感觀，有時甚至會被燃煤電廠周邊的居民誤認為有毒、有害廢氣。

2018年12月29日，陜西省生態環境廳和陜西省市場監督管理局聯合發布《鍋爐大氣污染物排放標準》(DB 61/1226—2018)，明確“在用單臺出力＞65 t/h的燃煤鍋爐自2020年4月1日起應采取有效措施消除石膏雨、有色煙羽等現象。”在2019年5月29日對《鍋爐大氣污染物排放標準》(DB 61/1226—2018)中石膏雨、有色煙羽控制要求的補充說明中提出具體要求：所有燃煤機組和燃煤鍋爐，應采取相應的措施降低煙氣排放溫度，有效回收煙氣水分，采取冷凝法排放煙氣溫度應達到48 ℃(4～10月份)/45 ℃(11～次年3月份)，再熱后煙氣排放溫度不低于56 ℃。“濕煙羽”的產生削弱了公眾對環境保護工作的“獲得感”，部分燃煤電廠周邊民眾已提出了相關訴求，要求企業治理濕煙羽的呼聲日高。

2 技術改造方案

2.1 基本情況

地處陜西關中地區的某企業，配套4×160 t/h燃煤鍋爐采用氨法脫硫工藝，污染物排放滿足超低標準，即SO2≤35 mg/m3，NOX≤50 mg/m3，顆粒物≤10 mg/m3，出口煙溫55 ℃，含濕量16.3%，但是存在“長白龍”現象，特別是冬季煙氣拖尾嚴重，“長白龍”視覺效果不佳。

2.2 煙氣消白原理

煙氣由煙囪排出后是否發生濕煙羽現象，主要取決于煙氣溫度、含濕量、環境溫度和相對濕度。當煙氣從煙囪排出向大氣環境擴散過程中，在煙溫降低至環境溫度時，煙氣的含濕量低于對應的飽和含濕量時不發生濕煙羽現象，當煙氣的含濕量高于對應的飽和含濕量時會發生濕煙羽現象。對某個狀態下的飽和濕煙氣，含濕量不變時，提高煙氣溫度、脫除煙氣中的水霧及水蒸氣，都可以將煙氣變為不飽和煙氣，這也是現階段消白技術的主要原理[2]。

2.3 消白技術路線對比及選擇

根據煙氣消白原理，目前的技術路線主要有三種：直接加熱法、冷凝法、冷凝再熱[3]，三種消白技術效果對比見表1。

表1 鍋爐煙氣消白技術路線對比表

該企業氨法脫硫結晶溫度要求煙氣入口溫度不低于110 ℃，且煙道取熱工藝需增加引風機出力1 kPa，而塔內噴淋冷卻+熱風摻混技術，避免了煙道取熱對結晶的影響及系統阻力的影響，但熱風摻混需要消耗熱源，該企業有副產蒸汽可用。綜合考慮消白效率、投資成本、施工難度等因素，選擇冷凝再熱法符合該企業實際需求。

2.4 改造原理及工藝流程

塔內噴淋冷凝原理：利用循環冷卻水作為冷媒，通過換熱器間接冷卻脫硫塔內水洗噴淋液，經冷卻后的低溫水洗循環液在逆流接觸煙氣后，煙氣溫度降低，煙氣中飽和水汽析出冷凝成液態水，從而降低凈煙氣中的絕對含濕量。

熱風摻混原理：使用鼓風機作為空氣源，首先與冷卻煙氣后的水洗循環液進行余熱回收，熱空氣繼續與蒸汽換熱器進行熱交換，加熱后的空氣與凈煙氣進行混合，提高煙氣排放溫度，降低濕煙氣的相對含濕量，由此實現消除白色煙羽目的。

該企業煙氣消白技術改造采用塔內噴淋冷凝+熱風摻混技術方案，工藝流程見圖1。

圖1 塔內噴淋冷凝+熱風摻混煙氣消白技術工藝流程圖

2.5 改造技術數據

氨法脫硫煙氣消白技術改造數據是在現有工藝基礎上采集，可以為設計優化提供詳實依據，詳見表2。

表2 塔內噴淋冷凝再熱法煙氣消白改造數據表

3 改造效果

煙氣消白技術改造對原煙氣脫硫裝置環保運行及工藝調節無不利影響，按照開車程序待原裝置運行穩定后投運消白系統，按照先投運冷源后熱源的順序進行，保持熱空氣溫升≤3 ℃/min，以防止換熱器產生過大熱應力，改造運行數據見表3。

表3 煙氣消白工藝運行數據表

4 結語

煙氣消白技術改造采用塔內噴淋冷凝+熱風摻混工藝技術路線，全年均可滿足消除白色煙羽，煙氣離開煙囪后目視消白效果較好，工藝操作維護簡單，不改變原始鍋爐及其附屬設備工藝運行工況，各裝置工藝運行穩定。改造后煙氣經噴淋冷卻后溫度：4～10月份低于45 ℃，11～次年3月低于43 ℃要求，熱風摻混加熱后煙氣排放溫度＞61 ℃，且可節約40%原水消耗。

采用漿液噴淋冷凝+熱風摻混技術路線全年均可達到消除白色煙羽目標，建議各企業根據實際情況選擇熱風加熱熱源，如富余蒸汽、煙氣再熱等，且運行中要及時依據鍋爐裝置負荷、環境溫度及時調整循環水、蒸汽消耗量，實現節能降本。