天津 300350）
摘要：天津津能临港热电有限公司1#～5#（5×75t/h）燃煤锅炉烟气烟羽脱白改造工程，工程采用“低温省煤器+喷淋直接换热降温+热泵机组”的方案，经过烟气治理后，任何情况下，使烟囱入口烟气温度非采暖季（4月-10月）降至48℃以下，湿度低于9.5%；采暖季（11月-3月）降至45℃以下，湿度低于8.5%，消除有色烟羽同时达到对烟气余热深度回收目的。经过本次烟羽脱白改造项目后，使环保排放口粉尘排放值低于5mg/m3，同时消除烟气内水雾对粉尘运行检测数值影响。烟气环保排放口SO2＜35mg/m3、NOx＜80mg/m3。
关键词：脱白；节能环保；热泵
引言
天津市于2017年10月21日发布了《关于进一步加强我市火电、钢铁等重点行业大气污染深度治理有关工作的通知》，要求“发电燃煤锅炉（已安装湿电除外）等应采用烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽等现象”。2018年7月1日期开始执行的DB12/810-2008《火电厂大气污染物排放标准》明确要求65吨/小时以上燃煤锅炉烟气排放温度非采暖季（4月至10月）≤48℃；烟气排放温度采暖季（11月至次年3月）≤45℃。
一、设备运行概况
天津津能临港热电有限公司，现有五台75t/h燃煤锅炉，该项目1#~5#锅炉为大连锅炉厂生产的SHL75-1.6AII。3台75t/h锅炉共用一套脱硫系统，为1#脱硫塔，目前采用SNCR+SCR+布袋除尘器；2台75t/h锅炉共用一套脱硫系统，为2#脱硫塔，目前采用SNCR+SCR+布袋除尘器，脱硫装置均为湿法脱硫装置。湿法烟气脱硫系统吸收塔出口净烟气由于处于湿饱和状态，在流经烟道、烟囱排入大气的过程中因温度降低，烟气中部分汽态水和污染物会发生凝结：（1）液体状态的浆液量会增加，并在一定区域内有液滴飘落，沉积至地面干燥后呈白色石膏斑点，而产生了石膏雨。（2）在烟囱口形成雾状水汽，雾状水汽会因天空背景色和天空光照、观察角度等原因发生颜色的细微变化，形成“有色烟羽”，通常为白色、灰白色或蓝色等颜色。
鉴于天津市出台的《关于进一步加强我市火电、钢铁等重点行业大气污染深度治理有关工作的通知》、天津市DB12/810-2008《火电厂大气污染物排放标准》和保税区《天津港保税区2018年清新空气行动计划》等文件要求必须增设烟羽脱白系统。
二、设计方案方案
1#、2#脱硫塔后烟气烟羽脱白采用“低温省煤器+喷淋直接换热降温”的方案。即在每台脱硫塔前混合烟道上各设置一套低温省煤器，将烟温从165℃降至145℃，降低脱硫塔入口的烟温，不仅可以减少脱硫塔的耗水量，并且可以回收余热，达到节能降耗的目的；在1#、2#脱硫塔出口各设置一套喷淋降温塔，脱硫后饱和烟气进入喷淋降温塔后，循环喷淋降温，与循环水直接接触换热，循环水采用冷却塔降温。使烟气温度降低到非采暖季（4月-10月）降至48℃；采暖季（11月-3月）降至45℃。
三、主要特点如下
饱和烟气降温后，烟气中的水分冷凝析出，再经过高效除雾器后，烟气中的水分含量将大为减少，因烟气与大气的温差降低，减少白雾飘散长度，环境效益显著。析出水经中和后，可作为脱硫工艺补水、除雾器冲洗水及厂区环境用水。
烟气通过喷淋塔，对烟气洗涤作用，能够进一步协同粉尘超净治理，协同脱除三氧化硫、二氧化氮等可溶性气体，减少最终排烟中污染物的排放。
四、烟羽脱白方案工艺流程简介
烟气加热技术是对脱硫出口的湿饱和烟气进行加热，使得烟气相对湿度远离饱和湿度曲线。湿烟羽消除机理如图4-1所示，湿烟气初始状态位于A点，经过加热后按AB升温，再沿BC掺混、冷却至环境状态点C，整个ABC变化过程均与饱和湿度曲线不相交，因此不产生湿烟羽。
直接加热的技术虽一次投资较低，但因其热源并非利用烟气余热，运行费用太高，作为湿烟羽治理的手段代价过大，在实际应用当中案例也极少。间接加热技术中，回转式GGH与管式GGH均有不同程度漏风，在中国燃煤电厂超低排放的大环境条件下，作为湿烟羽治理手段，其应用也受到限制。热管式GGH大型化后，将使吹灰器布置有一定难度，且加大了占地面积，在大机组上暂无应用。蒸汽加热的方式同样因热源问题能耗过高。因此，结合时下烟气超低排放及节能的要求，MGGH若作为湿烟羽治理的手段之一，具有最广阔的应用前景。
（2）烟气冷凝技术：
烟气冷凝技术是对脱硫出口的湿饱和烟气进行冷却，使得烟气沿着饱和湿度曲线降温，在降温过程中含湿量大幅下降。湿烟羽消除机理如图4-2所示。湿烟气初始状态位于A点，经过降温后按AF冷凝，再沿FC掺混、冷却至环境状态点C，FC变化过程与饱和湿度曲线不相交，因此不产生湿烟羽。
冷凝技术按换热方式主要分为两大类：间接换热和直接换热。直接换热主要采用新建喷淋塔作为换热设备，有一定占地要求，冷媒与净烟气直接接触，换热效率高，但需要对冷媒水系统进行补充加药控制PH值，系统较复杂。间接换热多采用管式换热器作为换热设备，冷媒与净烟气不直接接触，系统较简单。
根据冷源的不同冷凝技术又分为：水冷源、空气冷源和其他人工冷源。其中水冷源所构成的循环水系统最为简单，仅配置泵和循环管路，通常是开式循环。运行费用最低、占地小。采用空气冷源的系统通常循环水系统中需配置冷却塔，系统较水冷要复杂、占地大，新增的冷却塔会在靠近地面成为新的白烟生成源。其他人工冷源，如热泵，占地面积大，能耗高（以蒸汽溴化锂热泵为例，每交换1MJ热量需要消耗0.64MJ蒸汽）。
烟气进入喷淋降温塔之后，与其中的低温中介水直接接触换热，温度降低至露点以下，回收烟气中的潜热。降温后的烟气返回原烟道通过烟囱排放，而升温之后的中介水进入蓄水池，进行多层沉降，沉降后的清水在主循环泵的作用下进入吸收式热泵蒸发器作为低温热源，沉降产生的污水则进入原有的污水处理设施。吸收式热泵机组以高温热源驱动，从中介水中提取热量，提供给热用户，在热泵机组中降温的中介水再返回喷淋换热器，完成一整套循环。下图为热泵机组烟气余热回收系统流程图。
以环境空气、江河海水作为冷源的系统，其冷源的品质受季节影响较为明显，以华东地区为例，冬季和夏季环境温度相差20~30℃，因此同一套系统不同季节的冷凝效果会有较大差别。
烟气冷凝技术对脱硫后湿烟气冷却，使得烟气中大量的气态水冷凝为液滴，在此过程中能够捕捉微细颗粒物、SO2等多种污染物。因此，烟气冷凝技术作为湿烟羽治理的手段，不仅能够对白烟消除有良好效果，还可以实现烟气多污染物联合脱除，冷凝水可作为脱硫补水使用。
（3）烟气冷凝再热技术：
烟气冷凝再热技术是前述两种方式组合使用。它的湿烟羽消除机理如图4-3所示，湿烟气初始状态位于A点，经过降温后按AD冷凝，再沿DE加热，然后沿EC掺混、冷却至环境状态点C，EC变化过程与饱和湿度曲线不相交，因此不产生湿烟羽。湿烟羽的消散机理显示，环境湿度、环境温度对湿烟羽的形成及规模有较大影响。理论上，在给定的环境温湿度条件下，若不计代价，加热技术和冷凝技术都能实现湿烟羽的消除（加热温度足够高，冷凝温度足够低），但根据燃煤电厂的实际情况，从经济性出发，单纯的加热和冷凝方式都有各自的限制，加热受到原烟气烟温条件的限制，冷凝受到环境空气、水温度的限制。在此条件下若采用冷凝再热技术，将加热和冷凝结合起来使用，则可扩大系统湿烟羽消除对环境温湿度的适应范围。
图4-4 三种湿烟羽试用范围
界线以上部分为各类技术的湿烟羽消除区域，显然，降温再热技术对环境条件的适用范围远大于单纯的加热技术和冷凝技术的适用范围。当环境相对湿度80％时，加热技术能在环境温度大于15℃时消除湿烟羽；降温技术能在环境温度大于9℃时消除湿烟羽；冷凝再热技术能在环境温度大于 -6.5℃时消除湿烟羽。
在每台脱硫塔前烟气汇合烟道各设置一套低温省煤器，将烟气温度降至145℃，降低脱硫塔入口的烟温，采用软化水作为冷源，软化水吸热升温后作为锅炉补水，降低烟气温度后不仅可以减少脱硫塔的耗水量，并且可以回收余热，达到节能降耗的目的；在1#、2#脱硫塔出口各设置一套喷淋降温塔，脱硫后饱和烟气进入喷淋降温塔后，循环喷淋降温，与循环中介水直接接触换热，中介水通过循环泵输送至“板式换热器+吸收式热泵机组”梯级降温，使烟气温度降低到非采暖季（4月-10月）降至48℃；采暖季（11月-3月）降至45℃，同时烟气余热用于加热软化水，可以进一步提高锅炉的热效率，减少锅炉的燃煤消耗，提高了经济效益。
五、结束语
“烟羽脱白”是近几年，由于国家对生态环境污染重拳出击，而出现的新工程名词。但是烟羽脱白所包含的技术我国早已成熟，主要是换热方案的优化，体现在节能降耗和运营的经济性，此方结合津能临港热电有限公司湿法脱硫后烟气实际情况考虑，通过调研论证，在提高经济效益可以达到烟羽脱白的预期效果。
论文作者:冯新
论文发表刊物:《河南电力》2018年17期
论文发表时间:2019/3/5
标签：烟气论文; 技术论文; 锅炉论文; 换热论文; 环境论文; 喷淋论文; 采暖论文; 《河南电力》2018年17期论文;