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(biāo)(GB13223-2011)要求、甚至實(shí)現(xiàn)超低排放。拋開投資和運(yùn)行成本問題不說，就算我國各種燃煤鍋爐都達(dá)到超低排放水平，也不能徹底解決大氣霧霾污染， 原因是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有一大缺失，就是沒有排放煙氣濕度的控制指標(biāo)，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，不僅能根除霧霾污染，還能低成本實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)、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，提高燃煤效率，能兼顧解決 環(huán)境與發(fā)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(huì)蒸發(fā)相變?yōu)樗羝M(jìn)入大氣，大氣中的水蒸汽含量達(dá)到一定程度會(huì)飽和達(dá)到含濕量的最大值，飽和后的大氣遇冷 降溫就會(huì)再相變?yōu)殪F、雨、雪、冰雹等，自然界水變蒸汽、蒸汽冷凝成水是一個(gè)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干燥區(qū)域，東南部屬于高濕區(qū)域。燃煤鍋爐濕法脫硫系統(tǒng)排煙帶出的水分，以300MW機(jī)組為例，脫硫系統(tǒng)的

3、水平衡如圖 1所示,脫硫系統(tǒng)每小時(shí)消耗水 120m3/h，包括原煙氣帶水分 71.8 m3/h、脫硫增加40m3/h，年耗水量100 萬噸。按照燃燒噸煤放散煙氣 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(bǔ)充水，2014年全國消耗煤36-37億噸，燃煤煙氣 帶入大氣的水份高達(dá)三十多億噸。'< - F 專0=7 j C-農(nóng)匕氣- 毆&腋眞啟Z 22i 1r._謁如_工工童咲(單便上才h>圖I某電廠xonww機(jī)含冃脫硫條紡水干鶴亍圖其次是天然氣燃燒，煤改氣一直被國家和北京等有些地方做為控制大

4、氣污染的主要技術(shù)措施, 不談天然氣的來源和價(jià)格問題，也不論天然氣燃燒溫度高導(dǎo)致排煙氮氧化物含量高，一個(gè)很大問題是每燃燒 1 單位體積的天然氣，會(huì)產(chǎn)生 2 倍體積的水蒸汽。 2014 年我國天然氣消耗量 1800 億立方 米，則產(chǎn)生 3600 億立方米水蒸汽，折合近 3 億噸水分。僅此兩項(xiàng)，我國放散濕煙氣每年就人為增 加40 億噸的水分進(jìn)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(dá)標(biāo)后的殘余污染物成分，并且主要集中在京津冀、長三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)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，按照設(shè)計(jì)規(guī)范排放煙囪又比以前降低。按照常識(shí) 或

5、檢測(cè)， 都可以確定這一點(diǎn)就是我國近年來大氣環(huán)?？刂浦笜?biāo)逐年大幅降低、但霧霾卻加重的原因，是我國大氣污染控制從標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范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(jìn)的石灰石石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-Gas Heater) ， 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GGH再熱器的優(yōu)點(diǎn)是只需一組換熱器，應(yīng)用中出現(xiàn)了堵塞、腐蝕、串煙導(dǎo)致排放超標(biāo)等一些問題影響了電廠的正常運(yùn)行。隨后引 進(jìn)了熱媒循環(huán)煙氣再熱器 MGGH(Media Gas-Gas Heater), 采用降溫和升溫兩組換熱器分離單獨(dú)布置， 成功解決了

6、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辦法，新的問題是造價(jià)過 高。由于 MGGH 再熱器的升溫?fù)Q熱器是將濕煙氣間接升溫為干煙氣， 腐蝕更突出， MGGH 在國產(chǎn)化 過程中，有些用戶只用降溫?fù)Q熱器，用軟水或環(huán)境空氣做為換熱介質(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(fēng)+ 升溫除進(jìn)行除濕脫白?？傊覈痣婂仩t在實(shí)際大范圍推廣濕法脫硫過程中，原設(shè)計(jì)機(jī)組多拆除GG H ，新建基本不用GGH，代之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(dǎo)致我國產(chǎn)生 嚴(yán)重霧霾的主要根源。有充分理由相信，按照我國現(xiàn)行大氣污染控

7、制標(biāo)準(zhǔn)，就算燃煤等相關(guān)行業(yè)都 完全達(dá)到超低近零排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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發(fā)達(dá)國家是排放硬性標(biāo)準(zhǔn)， 比如德國的 大型燃燒設(shè)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)定排煙溫度在 90-100 C 6。國外也確有一些企業(yè)采用濕煙氣不除濕直排，但由于當(dāng)?shù)貒济嚎偭可?、分散、環(huán)境容量大， 不足于導(dǎo)致產(chǎn)生霧霾，也不應(yīng)成為我國有關(guān)部門制定排放濕煙氣的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。不管什么有多少客觀和人為原因，筆者堅(jiān)持認(rèn)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(gè)技術(shù)路線和標(biāo)準(zhǔn)控制上的決策錯(cuò)誤，是治理霧霾污染從法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)層面必須糾正和增補(bǔ)

8、的 決定性控制指標(biāo)。4 濕煙氣除濕脫白的新技術(shù)途徑 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(duì)大氣壓。在恒定大氣壓力下，濕煙氣 的飽和含濕量只與飽和煙氣溫度相關(guān)，這在許多相關(guān)技術(shù)手冊(cè)中都可以查到，也可以計(jì)算。為方便1。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)系列于表濕jwr 的鮑稱濕歴占沮度的對(duì)曲關(guān)劇洛堀=頃代縣憲c占去kJQ5ft. 9E1O0 B61513 34201升125W303547.工號(hào)40G3. 274S1501 11 3551 IB. «OO1>7

9、 5盟7Q3597549SQ7巨ai大r屆下溫炯t的憧和含強(qiáng)量土，煙氣旳和淘度的關(guān)泵將上表繪制成圖2，圖中的0點(diǎn)就是目前濕法脫硫后放散濕煙氣的狀態(tài)點(diǎn)：平均溫度50 °C、含濕量為111.8g/Nm3。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,則煙氣的相對(duì)濕度就從100%筆低到16%,成為干煙氣排放，屬于升溫除濕，見圖中 OA線。采用GGH、MGGH升溫除濕，盡管分別存在換熱器堵塞、腐蝕、串煙、造價(jià)高、安裝空間緊張、增 加阻損導(dǎo)致系統(tǒng)能力不足或電耗增加，但只要企業(yè)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)管控部門認(rèn)同濕煙氣除濕脫白對(duì)產(chǎn)生 霧霾污染的重要相關(guān)性，推廣升溫除濕脫

10、白從技術(shù)和操作管理層面是沒有問題的，需要增加投資和 運(yùn)行成本也是事實(shí)，存在環(huán)境治理與經(jīng)濟(jì)效益之間的矛盾。圖足那煙氣加口舍溫呈與葩和制度栄奈曲聚隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)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°0以下，也就是大氣平均溫度，如能進(jìn)一步冷卻到15°0, 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(diǎn)：濕煙氣的飽和含濕量從 111.8 降低到 26g/Nm3 以下， 與大氣含濕

11、量接近， 實(shí)踐證明可以實(shí)現(xiàn)除 濕脫白，從而有助于解決我國的大氣霧霾污染?；厥諠駸煔庵械睦淠瑖嵜喝紵艧熕譁p少 0.8 噸以上。前述 300MW 機(jī)組小時(shí)可回收冷 凝水 80 噸，年回收 80 萬噸以上。 全國脫硫預(yù)計(jì)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，還能回收煤中的大部分水份，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗鬄槊摿蚧蝈仩t提供補(bǔ)充水，應(yīng)該 被視為一個(gè)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(dāng)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(yù)期可抵頂除濕成本。冷凝除濕還有一個(gè)重要作用，就是可以將殘留的細(xì)顆粒粉塵、

12、二氧化硫、酸、重金屬等大部分 污染成分大部分冷凝進(jìn)入排水中，是實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐放散煙氣低成本達(dá)標(biāo)、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(jì)。研究表明，要使冷凝除濕脫白 技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行，首先必須解決大量廉價(jià)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(shí)用，分別討論如下：廉價(jià)冷源：要采用冷凝冷卻就必須有低于目標(biāo)溫度5°C 左右

13、的冷源，僅從除濕脫白角度考慮，應(yīng)優(yōu)先選擇自然冷源，比如江河海地下水、北方寒冷地區(qū)冬季的冷空氣，如果自然冷源不足或從回 收利用余熱的角度，就必須采用人工冷源，比如蒸汽噴射式熱泵、吸收式熱泵等，在提高6 °C左右空調(diào)冷凍水的同時(shí)，可以回收低溫余熱。低溫余熱的用途：電廠、鋼廠等低溫?zé)嵩吹臒崃恳欢ㄊ歉辉５?，?yīng)該優(yōu)先內(nèi)部利用，但也必須 考慮外供社區(qū)民用，比如洗浴、醫(yī)院、學(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)不足，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，是低溫余熱比較適合的用途，采用120 °C20 °

14、;C大溫差供熱輸送距離達(dá)到 100km也比燃煤成本低，而與燃?xì)夤岜瓤梢暂斔?300km。余熱需求不均衡可以通過 ORC、CO2等低溫余 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)的降溫?fù)Q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(duì)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(yù)防。降溫?fù)Q熱器應(yīng)該大力推廣，因?yàn)椴粌H回收的余熱品質(zhì)高，更主要的是 對(duì)于電除塵器實(shí)現(xiàn)超低排放、除酸、除二噁英、除重金屬等有害成分都有效果，而這

15、些有害成分最 好在脫硫前去除，以提高脫硫產(chǎn)物的品質(zhì)。90°C 以下的冷卻也要綜合比較，優(yōu)先選擇間接換熱器冷卻，以提高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)提高換熱器換熱效 率減少換熱面積，同時(shí)低成本防腐蝕放和防結(jié)垢。而對(duì)于采用換熱器不經(jīng)濟(jì)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(duì)于 90°C 以下的低溫濕煙氣， 所含余熱量大部分是水蒸汽的冷凝 潛熱，冷卻方式可以比較選擇： 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(jí)除霧器， 可以確保實(shí)現(xiàn)超低近零排放， 但目前設(shè)置在脫硫塔機(jī)箱除霧器后部， 入口煙氣溫度在 50 oC,設(shè)備造價(jià)浪費(fèi)，因?yàn)榇蠹s20%勺電場(chǎng)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(jià)高的主要原因，而且是否能長期穩(wěn)定運(yùn)行也有疑問。將冷凝冷卻布置在濕電前對(duì)濕煙 氣進(jìn)行預(yù)處理可以解決許多問題,甚至有可能不用濕電也能實(shí)現(xiàn)超低排放