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行业知识
烟气脱白--喷雾洗涤脱白除湿技术
烟气脱白现在是诸多行业所面临的一个急需解决的环保问题之一,因为不少省市都对有色烟羽的治理进行了明文规定,并制定了治理时限。随之有越来越多的人想了解烟气脱白技术。
  烟气脱白现在是诸多行业所面临的一个急需解决的环保问题之一,因为不少省市都对“有色烟羽”的治理进行了明文规定,并制定了治理时限。随之有越来越多的人想了解烟气脱白技术。
  锅炉脱硫后湿烟气排烟的除湿脱白技术,在脱除视觉白烟的同时,可回收大量的低温余热和烟气含水,有相当的节能经济效益;除湿过程中还能吸附各种污染物的细小颗粒,同步实现超低排放。
  行业背景
  一、技术背景简介
  单纯的水蒸气是可以蒸发上升到大气中的,单纯的灰尘污染也是可以降落的地面的,脱硫后的湿烟气夹杂着各种污染颗粒物,造成水蒸气不能上升,污染物也不能下降,漂浮在距地面3000米左右,积少成多便成了雾霾。
  以《GB 28662-2012 钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》为例,要求2015年后,NOx<200mg、SO2<200 mg、颗粒物<50 mg,一根100万m?/h烟气量的烟囱,按照每年7000h工作时间计算,一年向空中排放固体颗粒物总量约3850吨,水气约60万吨,全国无数根烟囱累计起来,数据惊人。
  我国目前燃煤锅炉99%上了脱硫,其中超过90%采用湿法,抛开投资和运行成本问题不说,就算我国各种燃煤锅炉都达到超低排放水平,也不能彻底解决大气雾霾污染,原因就是没有控制排放烟气的湿度,而这恰恰是形成雾霾的根源。
  能有效解决湿法脱硫的排烟除湿脱白,不仅能根除雾霾污染,还能低成本实现环保达标、超低近零排放、提高燃煤效率,特别是回收烟气中的水分和余热,能兼顾解决环境与发展的矛盾。
  二、我国湿排烟带出水分的总量估算
  水在自然界中呈现三种状态:固态冰、雪,液态水、雾;气态水蒸汽。水吸热后会蒸发相变为水蒸汽进入大气,大气中的水蒸汽含量达到一定程度会饱和达到含湿量的最大值,饱和后的大气遇冷降温就会再相变为雾、雨、雪、冰雹等,自然界水变蒸汽、蒸汽冷凝成水是一个可逆过程,有其自身规律和平衡。
  燃煤锅炉湿法脱硫系统排烟带出的水分,以300MW机组为例,脱硫系统的水平衡如图1所示 ,脱硫系统每小时消耗水120m?/h,包括原烟气带水分71.8 m?/h、脱硫增加40m?/h,年耗水量~100万吨。
  按照燃烧吨煤放散烟气10000Nm?/t、湿烟气所含水分112g/Nm?估算,每燃烧1吨煤湿烟气带走水份1吨,主要包括煤中原始含水、脱硫补充水,2014年全国消耗煤36-37亿吨,燃煤烟气带入大气的水份高达三十多亿吨。
  其次是天然气燃烧,煤改气一直被国家和北京等有些地方做为控制大气污染的主要技术措施,不谈天然气的来源和价格问题,也不论天然气燃烧温度高导致排烟氮氧化物含量高,一个很大问题是每燃烧1单位体积的天然气,会产生2倍体积的水蒸汽。
  年我国天然气消耗量1800亿立方米,则产生3600亿立方米水蒸汽,折合近3亿吨水分。
  仅此两项,我国每年就人为增加~40亿吨的水分进入大气。加上钢铁、化工等其它行业,我国工业烟气排放总量超过50亿吨,夹带着达标后的残余污染物成分,并且主要集中在京津冀、长三角、珠三角等经济发展区域,分布极不均匀。
  按照常识或检测,都可以确定这就是我国近年来大气环保控制指标逐年大幅降低、但雾霾却加重的原因,是我国大气污染控制从标准和技术规范层面必须尽快解决的问题。
  三、现有的除湿脱白技术
  我国在引进的石灰石石膏湿法脱硫成套技术中,包含烟气再热器,业内称GGH(Gas-Gas Heater),通过湿烟气与干烟气间接换热将其温度抬升到80°C以上排放。
  采用GGH再热器的优点是只需一组换热器,应用中出现了堵塞、腐蚀、串烟导致排放超标等一些问题影响了电厂的正常运行。
  随后引进了热媒循环烟气再热器MGGH(Media Gas-Gas Heater),采用降温和升温两组换热器分离单独布置,成功解决了堵塞、串烟问题,腐蚀问题通过换热器采用耐腐材料也有解决办法,新的问题是造价过高。
  由于MGGH再热器的升温换热器是将湿烟气间接升温为干烟气,腐蚀更突出,MGGH在国产化过程中,有些用户只用降温换热器,用软水或环境空气做为换热介质,升温后回收利用,脱硫后湿烟气直接排放。
  国外也有用户采用辅助燃烧产生高温干烟气,与脱硫后湿烟气混风+升温除进行除湿脱白。
  我国火电锅炉在实际大范围推广湿法脱硫过程中,原设计机组多拆除GGH,新建基本不用GGH,代之以防腐蚀烟囱直接湿排烟,钢铁、化工等其它行业也纷纷效仿,这就是导致我国产生严重雾霾的主要根源。
  喷雾洗涤脱白除湿技术简介
  一、湿烟气除湿脱白的新技术途径
  湿气体的饱和含湿量与湿烟气压力和饱和温度有关,压力、饱和温度越高含湿量就越高。湿法脱硫后的烟气表压为几百帕的微正压,可以近似视为恒定绝对大气压。
  在恒定大气压力下,湿烟气的饱和含湿量只与饱和烟气温度相关,这在许多相关技术手册中都可以查到,也可以计算。为方便讨论,以1Nm?的干烟气为基数,将其饱和含湿量与饱和温度的关系列于表1。
  将上表绘制成图2,图中的O点就是目前湿法脱硫后放散湿烟气的状态点:平均温度~50°C、含湿量为111.8g/Nm?。
  在湿烟气饱和含湿量不变的条件下,GGH、MGGH通过间接换热方式将烟气温度升高到80°C,则烟气的相对湿度就从100%降低到16%,成为干烟气排放,属于升温除湿,见图中OA线。
  缺点是分别存在换热器堵塞、腐蚀、串烟、造价高、安装空间紧张、增加阻损导致系统能力不足或电耗增加,投资和运行成本高,存在环境治理与经济效益间的矛盾。
  随着相关技术的进步,通过尝试新的除湿脱白技术来解决这一矛盾已经具备条件,这一湿烟气除湿脱白的技术途径,就是冷凝除湿为主的混合除湿技术,如图OB所示:将脱硫后~50?C湿烟气深度冷凝冷却到25°C以下,也就是大气平均温度,如能进一步冷却到15°C,然后再升温到25°C效果更好。
  二、喷雾洗涤冷凝除湿脱工艺简介
  在湿法脱硫塔出口后,增加喷雾洗涤冷凝除湿装置,将湿烟气的温度从50?C降低到25?C以下,湿烟气的饱和含湿量从111.8降低到26g/Nm?以下,湿烟气中大部分水汽会冷凝为水,烟气中残余的二氧化硫、石膏、PM2.5细颗粒物、氨、离子液等成分都会随着水汽的冷凝进入冷凝液中。
  氮氧化物中二价以上的也可以去除,NO需要进行适当氧化后去除。
  其特点是利用烟气动能,通过专有技术射流器将烟气和喷淋水的混合物直接打进循环池水面,充分洗涤烟气,吸收热量,降温后的烟气经后部塔体排出。
  对排出的30℃可根据现场调价,用热风加热提温5℃左右,或直接混合环境空气,即可实现脱白排放。
  三、喷雾洗涤冷凝除湿脱白技术特点
  湿烟气的饱和含湿量从111.8降低到26g/Nm?以下,与大气含湿量接近,实践证明可以实现除湿脱白,从而有助于解决我国的大气雾霾污染。
  回收湿烟气中的冷凝水,吨煤燃烧排烟水分减少0.8吨以上。
  前述300MW机组小时可回收冷凝水80吨,年回收80万吨以上。全国脱硫预计年回收超过四十亿吨水,超过全国海水淡化的总量,脱硫不仅不耗水,还能回收煤中的大部分水份,经过适当的处理后为脱硫或锅炉提供补充水,是一个新的非常规水源。
  湿烟气中含有一定的余热,每立方米干烟气的余热量~228kJ,大致相当于燃煤低发热量的10%,回收用于民用采暖、热水、制冷或低温发电,预期可抵顶除湿成本。
  冷凝除湿还有一个重要作用,就是可以将残留的细颗粒粉尘、二氧化硫、酸、重金属等大部分污染成分大部分冷凝进入排水中,是实现燃煤锅炉放散烟气低成本达标、甚至超低近零排放的可选择技术之一。
  四、喷雾洗涤脱白除湿配套问题说明
  首先,要考虑水平衡问题。根据各个项目实际情况的不同,需要对喷雾洗涤系统的水平衡和现有脱硫或全厂水平衡进行统一规划,喷雾洗涤系统可大量回收烟气中的水分,这些水分的去向问题,需要根据现场实际情况选择解决办法。
  其次,要考虑冷量的来源。冷凝需要大量冷源,现有项目设计采用水源热泵系统,一端出高温水用于供暖或工艺用途,一端出冷水参与降温脱白。蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵等也可考虑应用。
  优先选择自然冷源,比如江河海地下水、北方寒冷地区冬季的冷空气,如果自然冷源不足或从回收利用余热的角度,就必须采用人工冷源,可根据现实情况具体设计。
  再次,要考虑低温余热的用途:建议优先内部工艺利用,其次考虑外供社区民用,比如洗浴、医院、学校、酒店、人工游泳池和景观等民用热水。
  北方民用采暖和南方夏季空调等季节性需求量巨大,而且所需能量品质也低,是低温余热比较适合的用途。还可以通过ORC、CO2等低温余热发电技术。
  文章来源于:除灰脱硫脱硝技术联盟

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