鍋爐濕法脫硫后脫白的技術(shù)分析

1、鍋爐濕法脫硫后脫白技術(shù)探討1概述我國火電燃煤鍋爐煙氣100%上了脫硫,其中超過 90%采用濕法,通過采用低低溫 電除塵器和/或末端濕式靜電除塵器改造,可以滿足新國標 (GB13223-2021)要求、甚至實現(xiàn)超低排放.拋開投資和運行本錢問題不說,就算 我國各種燃煤鍋爐都到達超低排放水平,也不能徹底解決大氣霧霾污染,原因是現(xiàn)行標準標準有一大缺失,就是沒有排放煙氣濕度的限制指標,而這恰恰是形成霧霾的根源.反之如能有效解決濕法脫硫的排煙除濕脫白,不僅能鏟除霧霾污染,還能低本錢實現(xiàn)環(huán)保達標、超低近零排放,特別是回收煙氣中的水分和余熱,年節(jié)水潛力幾十 億噸,提升燃煤效率,能兼顧解決環(huán)境與開展的矛盾.本文

2、嘗試估算我國燃煤鍋爐等各主要行業(yè)濕排煙放散的水份總量,介紹和探討 50.C低溫濕煙氣除濕脫白的技術(shù)途徑.2我國濕排煙帶出水分的總量估算 'I.水在自然界中呈現(xiàn)三種狀態(tài)：固態(tài)冰、雪,液態(tài)水、霧 ；氣態(tài)水蒸汽.水吸熱后會蒸發(fā)相變?yōu)樗羝M入大 氣,大氣中的水蒸汽含量到達一定程度會飽和到達含濕量的最大值,飽和后的大氣遇冷降溫就會再相變?yōu)殪F、雨、工工 八' j ；二 雪、冰雹等,自然界水變蒸汽、蒸汽冷凝成水是一個可逆過程,有其自身規(guī)律和平衡,我國最濕月份室外平均大 氣濕度為12g/kg(15g/Nm3),西北部大氣濕度低屬于枯燥區(qū)域,東南部屬于高濕區(qū)域.燃煤鍋爐濕法脫硫系統(tǒng)排煙帶出的水

3、分,以300MVWL組為例,脫硫系統(tǒng)的水平衡如圖1所示,脫硫系統(tǒng)每小時消耗水120m3/h,包括原煙氣帶水分 71.8m3/h、脫硫增加40m3/h,年耗水量100萬噸.根據(jù)燃燒噸煤放散煙 氣10000Nm3/t、濕煙氣所含水分 112g/Nm3估算,每燃燒1噸煤濕煙氣帶走水份 1噸,主要包括煤中原始含水、 脫硫補充水,2021年全國消耗煤36-37億噸,燃煤煙氣帶入大氣的水份高達三十多億噸.其次是天然氣燃燒,煤改氣一直被國家和北京等有些地方做為限制大氣污染的主要技術(shù)舉措,不談天然氣的來源和價格問題,也不管天然氣燃燒溫度高導致排煙氮氧化物含量高,一個很大問題是每燃燒 1單位體積的天然氣,會產(chǎn)生

4、2倍體積的水蒸汽.2021年我國天然氣消耗量 1800億立方米,那么產(chǎn)生 3600億立方米水蒸汽,折合 近3億噸水分.僅此兩項,我國放散濕煙氣每年就人為增加40億噸的水分進入大氣.加上鋼鐵、化工等其它行業(yè),我國工業(yè)煙氣排放總量超過50億噸,夾帶著達標后的剩余污染物成分,并且主要集中在京津冀、長三角、珠三角等經(jīng)濟開展區(qū)域,分布極不均勻.由于煙氣中的二氧化硫等污染成分降低,根據(jù)設計標準排放煙囪又比以前降低.根據(jù)常識或檢測,都可以確定這一點就是我國近年來大氣環(huán)保限制指標逐年大幅降低、但霧霾卻加重的原因,是我國大氣污染限制從標準和技術(shù)標準層面必須盡快解決的問題.3現(xiàn)有的除濕脫白技術(shù)我國在引進的石灰石石

5、膏濕法脫硫成套技術(shù)中,包含煙氣再熱器,業(yè)內(nèi)稱GGH(Gas-GasHeater),通過濕煙氣與干煙氣間接換熱將其溫度抬升到80.C以上排放.采用GGFW熱器的優(yōu)點是只需一組換熱器,應用中出現(xiàn)了堵塞、腐蝕、串煙導致排放超標等一些問題影響了電廠的正常運行.隨后引進了熱媒循環(huán)煙氣再熱器 MGGH(MediaGas-GasHeater),采用降溫和升溫兩組換熱器別離單獨布置,成功解決了堵塞、串煙問題,腐蝕問題 通過換熱器采用耐腐材料也有解決方法,新的問題是造價過高.由于MGGH1熱器的升溫換熱器是將濕煙氣間接升溫為干煙氣,腐蝕更突出,MGGHE國產(chǎn)化過程中,有些用戶只用降溫換熱器,用軟水或環(huán)境空氣做為

6、換熱介質(zhì),升溫后回收利用,脫硫后濕煙氣直接排放.國外也有用戶采用輔助燃燒產(chǎn)生高溫干煙氣,與脫硫后濕煙氣混 風+升溫除進行除濕脫白.GGH新建根本不用 GGH代之總之,我國火電鍋爐在實際大范圍推廣濕法脫硫過程中,原設計機組多撤除以防腐蝕煙囪直接濕排煙,鋼鐵、化工等其它行業(yè)也紛紛效仿,這就是導致我國產(chǎn)生嚴重霧霾的主要根源.有充 分理由相信,根據(jù)我國現(xiàn)行大氣污染限制標準,就算燃煤等相關(guān)行業(yè)都完全到達超低近零排放標準時,也不能解決霧霾污染.據(jù)介紹,濕煙氣采用升溫排放在一些興旺國家是排放硬性標準,比方德國的?大型燃燒設備法?規(guī)定,煙囪 入口溫度不得低于 72 C;英國規(guī)定排煙溫度不得低于80 C,日本規(guī)

7、定排煙溫度在 90-100 C6.國外也確有一些企業(yè)采用濕煙氣不除濕直排,但由于當?shù)貒济嚎偭可佟⒎稚?、環(huán)境容量大,缺乏于導致產(chǎn)生霧霾,也不應成為 我國有關(guān)部門制定排放濕煙氣的標準依據(jù).不管什么有多少客觀和人為原因,筆者堅持認為,我國火電等行業(yè)濕法脫硫采用不除濕脫白濕排煙是一個技術(shù)路線和標準限制上的決策錯誤,是治理霧霾污染從法規(guī)標準層面必須糾正和增補的決定性限制指標.4濕煙氣除濕脫白的新技術(shù)途徑'I.濕氣體的飽和含濕量與濕煙氣壓力和飽和溫度有關(guān),壓力、飽和溫度越高含濕量就越高.濕法脫硫后的煙氣表壓為幾百帕的微正壓,可以近似視為恒定絕對大氣壓.在恒定大氣壓力下,濕煙氣的飽和含濕量只與飽和

8、煙氣溫度相關(guān),這在許多相關(guān)技術(shù)手冊中都可以查到,也可以計算.為方便討論,以1Nm3的干煙氣為基數(shù),將其飽和含濕量與飽和溫度的關(guān)系列于表1.一.：.,；、.將上表繪制成圖 2,圖中的 O點就是目前濕法脫硫后放散濕煙氣的狀態(tài)點：平均溫度 50.C、含濕量為L一- . V 產(chǎn)；'|111.8g/Nm3o在濕煙氣飽和含濕量不變的條件下,通過間接換熱方式將煙氣溫度升高到80° C,那么煙氣的相對濕度就從100%條低到16%成為干煙氣排放,屬于升溫除濕,見圖中OA線.采用GGH MGG用溫除濕,盡管分別存在換熱器堵塞、腐蝕、串煙、造價高、安裝空間緊張、增加阻損導致系統(tǒng)水平缺乏或電耗增加,

9、但只要企業(yè)和 有關(guān)標準管控部門認同濕煙氣除濕脫白對產(chǎn)生霧霾污染的重要相關(guān)性,推廣升溫除濕脫白從技術(shù)和操作治理層面是沒有問題的,需要增加投資和運行本錢也是事實,存在環(huán)境治理與經(jīng)濟效益之間的矛盾.隨著相關(guān)技術(shù)的進步, 通過嘗試新的除濕脫白技術(shù)來解決這一矛盾已經(jīng)具備條件,在我國有必要研發(fā)相反方向的濕煙氣除濕脫白技術(shù)途徑,就是冷凝除濕為主的混合除濕技術(shù),如圖OB所示：將脫硫后50oC濕煙氣深度冷凝冷卻到25.C以下,也就是大氣平均溫度,如能進一步冷卻到15.C,然后再升溫到 25.C效果更好.采用濕煙氣混合冷凝除濕脫白有技術(shù)有以下特點：濕煙氣的飽和含濕量從 111.8降低到26g/Nm3以下,與大氣含

10、濕量接近, 實踐證實可以實現(xiàn)除濕脫白,從而有助于解決我國的大氣霧霾污染.回收濕煙氣中的冷凝水,噸煤燃燒排煙水分減少0.8噸以上.前述300MVWL組小時可回收冷凝水 80噸,年回收80萬噸以上.全國脫硫預計年回收超過四十億噸水,超過全國海水淡化的總量,脫硫不僅不耗水,還能回 收煤中的大局部水份,經(jīng)過適當?shù)奶幚砗鬄槊摿蚧蝈仩t提供補充水,應該被視為一個新的非常規(guī)水源.濕煙氣中含有一定的余熱,每立方米干煙氣的余熱量228kJ,大致相當于燃煤低發(fā)熱量的10%回收用于民用采暖、熱水、制冷或低溫發(fā)電,預期可抵頂除濕本錢.冷凝除濕還有一個重要作用,就是可以將殘留的細顆粒粉塵、二氧化硫、酸、重金屬等大局部污染

11、成分大部 分冷凝進入排水中,是實現(xiàn)燃煤鍋爐放散煙氣低本錢達標、甚至超低近零排放的可選擇技術(shù)之一.5相關(guān)問題討論濕煙氣冷凝除濕脫白技術(shù)與升溫除濕技術(shù)雖然溫差變化接近,但冷凝所需的冷量卻是升溫所需熱量的近6倍,主要是濕煙氣中所含水蒸汽的冷凝潛熱.同樣冷凝除濕從技術(shù)層面是沒有問題的,并且有多種不同冷凝工藝可供選用,關(guān)鍵也是投資多少、是否經(jīng)濟.研究說明,要使冷凝除濕脫白技術(shù)經(jīng)濟可行,首先必須解決大量廉價 冷源,二是低溫余熱和冷凝水必須得到充分利用,三是換熱器的選擇需要合理實用,分別討論如下：廉價冷源：要采用冷凝冷卻就必須有低于目標溫度5.C左右的冷源,僅從除濕脫白角度考慮,應優(yōu)先選擇自然冷源,比方江河

12、海地下水、北方嚴寒地區(qū)冬季的冷空氣,如果自然冷源缺乏或從回收利用余熱的角度,就必 須采用人工冷源,比方蒸汽噴射式熱泵、吸收式熱泵等,在提升6.C左右空調(diào)冷凍水的同時,可以回收低溫余熱.低溫余熱的用途：電廠、鋼廠等低溫熱源的熱量一定是富裕的,應該優(yōu)先內(nèi)部利用,但也必須考慮外供社區(qū) 民用,比方洗浴、醫(yī)院、學校、酒店、人工游泳池和景觀等民用熱水是一年四季都需要,但相比余熱量,需求量 遠遠缺乏,而北方民用采暖和南方夏季空調(diào)等季節(jié)性需求量巨大,而且所需能量品質(zhì)也低,是低溫余熱比擬適合的用途,采用120° C20° C大溫差供熱輸送距離到達100km也比燃煤本錢低,而與燃氣供熱比可以輸

13、送 300kmo'I.余熱需求不均衡可以通過 ORC CO冷低溫余熱發(fā)電平衡.換熱器的選擇：鍋爐空氣余熱器出口煙氣130-150.C,采用低低溫技術(shù)的BI溫換熱器冷卻到90.C是合理的,換熱器本身存在的腐蝕問題可以通過選擇耐腐蝕合金、氟塑料、玻璃、碳化硅陶瓷管等換熱器解決,對后部 干式電除塵器可以存在的腐蝕可以采用在換熱器入口增加噴煤粉、石灰粉等增大灰硫比的方法預防.降溫換熱器應該大力推廣,由于不僅回收的余熱品質(zhì)高,更主要的是對于電除塵器實現(xiàn)超低排放、除酸、除二惡英、除重金 屬等有害成分都有效果,而這些有害成分最好在脫硫前去除,以提升脫硫產(chǎn)物的品質(zhì).90.C以下的冷卻也要綜合比擬,優(yōu)先

14、選擇間接換熱器冷卻,以提升回收余熱溫度和減少制冷量,可以考慮采用增加噴水的混合冷凝技術(shù)提升換熱器換熱效率減少換熱面積,同時低本錢防腐蝕放和防結(jié)垢.而對于采用換熱器不經(jīng)濟的溫度區(qū)域,可以采用直接噴淋冷凝的方法.低溫冷卻的方式：如前所述,對于 90.C以下的低溫濕煙氣,所含余熱量大局部是水蒸汽的冷凝潛熱,冷卻 方式可以比擬選擇：直接膨脹式熱泵蒸發(fā)器、低溫空調(diào)冷水間接水水換熱和/或噴淋冷卻,需要結(jié)合用戶的冷源種類和余熱用途綜合優(yōu)化選擇.與濕式靜電除塵除霧器的配合使用：濕式靜電除塵器是凈化濕煙氣的理想終端除塵器,還是頂級除霧器,可以保證實現(xiàn)超低近零排放,但目前設置在脫硫塔機箱除霧器后部,入口煙氣溫度在50oC,設備造價浪費,由于大約20%勺電場面積是用于處理水蒸汽,水蒸汽冷凝液PH值1-3產(chǎn)生低溫腐蝕是造價高的主要原因,而且是否能長期穩(wěn)定運行也有疑問.將冷凝冷卻布置在濕電前對濕煙氣進行預處理可以解決許多問題,甚至有可能不用濕電也能實現(xiàn)超低排放和除