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              燃煤機組“白色煙羽”治理技術應用日益豐富

              2017-12-06 08:41:59來源:《華電技術》 王貴彥 黃素華 編輯:墨泉閱讀量:35641

                【中國環保在線 應用方案】當前我國大部分燃煤發電機脫硫系統采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝,由此產生的“白色煙羽”影響環境感觀,有時甚至會被誤認為有毒、有害廢氣。許多燃煤電廠把消除“白色煙羽”作為超低排放改造的重要內容之一。利用何種工藝來治理“白色煙羽”已經成為當前超低排放推進過程中繼續解決的重要問題。

              燃煤機組“白色煙羽”治理技術應用日益豐富
               
                摘要:利用溫濕圖分析了采用濕法脫硫工藝的燃煤機組煙囪出口容易形成“白色煙羽”的原因,指出目前普遍采用的直接加熱法雖然能夠消除“白色煙羽”,但會增加機組的運行能耗,最后提出采用先冷凝再加熱的工藝是治理“白色煙羽”的有效節能措施。
               
                引言
               
                目前,我國大部分燃煤發電機組脫硫系統采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝,該工藝可使煙氣溫度降低至45——55℃,這些低溫飽和濕煙氣直接經煙囪進入大氣環境,遇冷凝結成微小液滴,從而產生“白色煙羽”。
               
                雖然單純的“白色煙羽”對環境質量沒有影響,但是影響環境感觀,有時甚至會被誤認為有毒、有害廢氣。濕煙氣凝結形成的微小水滴雖然危害不大,但是會對周圍居民生活造成一定的困擾,環保局就經常接到類似投訴。因此,許多燃煤電廠把消除“白色煙羽”作為超低排放改造的重要內容之一。
               
                1“白色煙羽”形成機理
               
                濕法脫硫后的濕煙氣直接排放之所以會產生“白色煙羽”,是因為在脫硫過程中,脫硫漿液與高溫煙氣直接接觸,發生傳熱傳質。一方面水分蒸發,增加煙氣的含濕量;另一方面,煙氣溫度降低,煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達到飽和狀態后,會攜帶部分小液滴。這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經除霧器除去絕大部分液滴后,如果直接經煙囪排入大氣,由于環境溫度比煙氣溫度低,飽和濕煙氣中的水分就會凝結成小液滴形成“白色煙羽”。

               

                圖1為相對濕度為100%的空氣中含濕量隨溫度的變化趨勢曲線,A點為排放濕煙氣的初始狀態,B點、C點為不同的環境空氣狀態,AB,AC分別與飽和濕度曲線相交于B1,C1點。濕煙氣從煙囪口排出后是否會出現白煙及出現白煙的長度,不僅與煙氣本身含濕量的多少、煙氣的溫度(A點位置)有關,而且與它周圍環境空氣的溫度、濕度(即B,C點位圖1溫濕圖上煙氣狀態變化置)有關。A點狀態的濕煙氣從煙囪口排出后,沿飽和濕度曲線變化到B1點,在這個過程中濕煙氣中的水分凝結成小液滴,也即形成“白色煙羽”,然后由B1點沿直線變化到環境狀態B點,在這個過程中“白色煙羽”消失。由A點變化到環境溫度更低的C點的過程也類似,只不過“白色煙羽”的長度更長。因此,只要濕煙氣初始狀態點與環境狀態點的連線與飽和濕度曲線相交,就會產生“白色煙羽”。并且環境溫度越低、濕度越大“白色煙羽”越長。
               
                大氣環境因素中,環境溫度、相對濕度、大氣壓力都對“白色煙羽”的形成有影響,其中環境溫度的影響最大,所以這里僅討論和分析環境溫度的影響情況,假定大氣壓力為101.325kPa、大氣相對濕度為60%。
               
                2直接加熱法
               
                直接加熱法就是將脫硫后45——55℃的濕煙氣加熱到70——80℃再排放。主要有:
               
                (1)利用鍋爐二次風加熱凈煙氣;
               
                (2)利用原煙氣加熱凈煙氣(回轉式氣氣換熱器、管式氣氣換熱器);
               
                (3)在煙囪底部利用清潔燃料來加熱凈煙氣。
               
                我國目前主要采用原煙氣加熱凈煙氣,而且要是管式氣氣換熱器。由于回轉式氣氣換熱器不可能完全密封,臟煙氣側會向凈煙氣側泄漏粉塵和SO2,不符合目前超低排放的要求,而且運行中存在嚴重的腐蝕、堵塞問題,影響機組的可用率,已基本放棄。
               
                脫硫后的濕煙氣要再加熱到多高的溫度才能消除“白色煙羽”,不僅與環境空氣的溫度和濕度密切相關,而且與脫硫塔出口的濕煙氣溫度也密切相關。對于50℃的濕煙氣,在10℃的環境溫度下只要加熱到71.4℃以上就可消除“白色煙羽”,而在5℃的環境溫度下則需要加熱到86.2℃以上。對于脫硫塔出口溫度較高的濕煙氣,則需要再加熱的溫度更高一些。例如,在10℃的環境溫度下,對于45℃的濕煙氣只要加熱到57.9℃以上就能消除“白色煙羽”,而對于55℃的濕煙氣,則需要加熱到87.9℃以上才能達到目的。

               

                如圖2所示,將脫硫塔出口飽和濕煙氣從A狀態加熱到A1狀態后,A1B1與飽和濕度曲線不再相交,表明當環境溫度為B1(30℃)時,不會有“白色煙羽”產生;而A1B2與飽和濕度曲線還是相交,表明當環境溫度為B2(15℃),溫度較低時,仍然有“白色煙羽”產生,但是“白色煙羽”長度已經縮短。因此,在較低的環境溫度下,要完全消除“白色煙羽”,還要將濕煙氣加熱到更高的溫度,直到最后的狀態點與環境溫度點的連線不再與飽和濕度曲線相交。
               
                將脫硫塔出口的濕飽和煙氣直接加熱到一定溫度后再排放能夠消除“白色煙羽”,但是會增加發電機組的能耗。
               
                3先冷凝再加熱法

               

                如圖3所示,A點濕煙氣的初始溫度為55℃,C點環境溫度為20℃。如果采用直接加熱法,需要將A點的濕煙氣加熱到A1點的72℃以上才能消除“白色煙羽”,溫差為17℃;而如果先將A點濕煙氣冷凝到B點(50℃)除去濕煙氣中的部分水分,然后再從B點加熱到B1點(60℃),能消除“白色煙羽”,而其溫差僅為10℃。通過這種先冷凝再加熱濕煙氣的方法,一方面可以在冷凝過程中回收濕煙氣冷凝放熱量和凝結下來的水;另一方面由于冷凝后濕煙氣需要再加熱的溫度降低,而且水分析出后濕煙氣的定壓比熱降低,因此冷凝后濕煙氣需要再加熱的熱量大為減少。
               
                這里以某超臨界600MW機組為例來分析計算先冷凝再加熱工藝的能耗情況。假定脫硫塔出口濕煙氣溫度為55℃,利用凝結水將其冷凝到50℃,加熱后的凝結水回到#8低壓加熱器的出口。
               
                超臨界600MW機組額定工況下,脫硫塔出口濕煙氣量約為2200t/h,而標準大氣壓下55℃、50℃飽和濕煙氣的含濕量分別約為114.6g/kg(煙氣)和86.4g/kg(煙氣),濕煙氣比熱約為1.1kJ/kg˙K。因此,濕煙氣從55℃冷凝到50℃,凝結水的速率約為62.11t/h,放熱量速率約為159.4GJ/h(包含部分潛熱放熱);而假定環境溫度為20℃,為消除“白色煙羽”將冷凝后的濕煙氣通過管式氣氣換熱器加熱到60℃每需要的熱量僅為35.3GJ。而直接加熱法將55℃的濕煙氣加熱到72℃每小時需要的熱量為53.2GJ。因此,通過先冷凝再加熱工藝,不僅每小時可回收62.11t的水和159.4GJ的余熱,而且每小時還可節約17.9GJ的能耗。盡管這些余熱由于溫度較低,做功能力不強,但是可以彌補因煙氣冷凝而增加的風機損耗;回收的冷凝水則可以加以綜合利用。因此,對脫硫塔出口濕煙氣先冷凝再加熱不失為一種“白色煙羽”的節能治理模式。
               
                4結束語
               
                “白色煙羽”雖然對環境質量沒有影響,但是影響環境感觀,需要加以治理。目前主要采取直接加熱法來消除“白色煙羽”,這會增加機組的能耗。而通過先冷凝再加熱的處理工藝,不僅能回收部分余熱來彌補機組能耗,而且能夠回收一些冷凝水加以綜合利用,不失為一種節能型的“白色煙羽”治理模式。
               
                原標題:濕法脫硫燃煤機組“白色煙羽”節能治理

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