燃煤電廠“有色煙羽”控制技術(shù)研究及工程應(yīng)用

文_黃舉福 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

燃煤電廠脫硫設(shè)施90%以上機(jī)組均采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，濕法脫硫后的煙氣呈飽和或近飽和狀態(tài)，當(dāng)濕煙氣從煙囪排出后與溫度較低的環(huán)境空氣接觸并降溫，煙氣中的水蒸汽過(guò)飽和凝結(jié)成大量的水霧（約1μm），對(duì)光線產(chǎn)生折射、散射，使煙羽呈現(xiàn)出白色或者灰色的“濕煙羽”(俗稱“大白煙”)，經(jīng)自然擴(kuò)散后會(huì)逐漸消失，不會(huì)產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。

部分機(jī)組在煤燃燒過(guò)程以及SCR脫硝過(guò)程中產(chǎn)生了較多的SO3，該部分SO3在有水蒸氣存在的情況下會(huì)形成硫酸蒸汽，后在濕法脫硫塔內(nèi)因大量漿液噴淋煙氣急劇降溫，形成非常微?。◣资{米到幾百納米）的硫酸霧。當(dāng)煙氣中硫酸霧（即SO3氣溶膠或硫酸氣溶膠）排放濃度較高（如5～10ppm以上時(shí)，相當(dāng)于約17.8～35.6mg/Nm3），硫酸霧會(huì)與水分及細(xì)微的煙塵顆粒物凝聚成一種粒徑與可見光波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)臍馊苣z細(xì)顆粒物，其對(duì)可見光的散射使得煙囪在陽(yáng)光照射的反射側(cè)，排放的煙羽呈現(xiàn)藍(lán)色，而在煙羽的另一側(cè)(透射側(cè))呈現(xiàn)黃褐色，形成了冒“藍(lán)煙”和“黃煙”的現(xiàn)象。由于酸露點(diǎn)較高，在白色煙羽擴(kuò)散蒸發(fā)消失后硫酸霧卻并不會(huì)蒸發(fā)，因此會(huì)產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。

“有色煙羽”的排放不僅造成嚴(yán)重的視覺污染，且其排放的SO3等可凝結(jié)顆粒物不僅污染環(huán)境，更是霧霾前驅(qū)物，對(duì)“有色煙羽”進(jìn)行治理顯得尤為必要。

1 有色煙羽治理技術(shù)

1.1 “濕煙羽”治理技術(shù)

根據(jù)濕空氣熱力學(xué)，空氣容納水蒸氣的能力是有限度的。在一定溫度下，單位質(zhì)量的空氣能容納的水蒸氣最大質(zhì)量稱作飽和比濕H（單位g/kg干空氣或kg/kg干空氣）。當(dāng)環(huán)境大氣所容納的水蒸氣超過(guò)該溫度下的飽和比濕時(shí)，多余的水蒸氣就會(huì)在環(huán)境大氣中析出，凝結(jié)成液態(tài)小水滴，形成肉眼看到的“白煙”（處于圖1中的飽和比濕線左側(cè)的區(qū)域）。

圖1 煙氣冷凝再熱技術(shù)治理煙囪“白煙”機(jī)理

根據(jù)煙囪“白煙”形成機(jī)理，可將現(xiàn)有的對(duì)煙囪“白煙”有治理效果的技術(shù)歸納為煙氣加熱技術(shù)、煙氣冷凝技術(shù)、煙氣冷凝再熱技術(shù)等。由于單純的煙氣加熱技術(shù)存在耗能高，經(jīng)濟(jì)性差，無(wú)法去除可凝結(jié)顆粒物等問題，而單純的煙氣冷凝技術(shù)存在白煙治理不徹底的問題，故煙氣冷凝再熱技術(shù)得到更為廣泛的運(yùn)用。

煙氣冷凝再熱技術(shù)是煙氣冷凝與煙氣加熱兩種方式的組合使用。它的煙囪“白煙”消除機(jī)理如圖 1 所示，濕煙氣初始狀態(tài)位于A點(diǎn)，沿AD降溫冷凝，再沿DE將煙氣加熱后從煙囪排出，進(jìn)入大氣環(huán)境中后沿EC與冷空氣摻混，冷卻至環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)C。該過(guò)程中，EC變化過(guò)程與飽和濕度曲線不相交，因此不產(chǎn)生“白煙”。該技術(shù)通過(guò)先降溫冷凝除濕，大幅減少煙氣中的含濕量，可減少煙氣加熱所需達(dá)到的溫度，起到很好的節(jié)能效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更好的視覺污染治理效果。

1.2 SO3治理技術(shù)

SO3治理技術(shù)主要有堿基吸收劑噴射脫除SO3技術(shù)與SO3綜合協(xié)同控制技術(shù)。其中堿基吸收劑噴射脫除SO3技術(shù)的原理是將堿基吸收劑噴入煙道中，煙氣中SO3被堿基吸收劑吸附或者吸收形成硫酸鹽，再通過(guò)下游的除塵裝置除去。該技術(shù)投資較大，且受煙氣中其他酸性氣體如SO2、HCl等影響大，穩(wěn)定性較差，在國(guó)內(nèi)目前只在幾臺(tái)套機(jī)組上有所應(yīng)用。而SO3綜合協(xié)同控制技術(shù)，通過(guò)低低溫電除塵器、濕法脫硫、煙氣冷凝技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)等協(xié)同控制SO3，具有經(jīng)濟(jì)、高效的突出特點(diǎn)，在SO3治理中嶄露頭角。

2 “有色煙羽”治理技術(shù)工程應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目現(xiàn)狀分析

河北某2×330MW機(jī)組在超低排放改造后拆除了GGH，現(xiàn)在煙囪采用濕煙氣排放，煙囪出口處出現(xiàn)大量液態(tài)凝結(jié)水，形成大量“濕煙羽”，冬季尤為嚴(yán)重。機(jī)組SCR入口（即鍋爐出口）SO3濃度為161.4mg/m3，SCR出口SO3濃度為188.9mg/m3，濕除進(jìn)口SO3濃度在29.7～34.5mg/m3之間，濕除出口SO3濃度在14.9～17.7mg/m3之間。隨著機(jī)組燃煤波動(dòng)，濕除出口SO3濃度可達(dá)到35mg/m3以上。煙囪出口存在藍(lán)煙拖尾，對(duì)周邊產(chǎn)生一定的視覺污染，影響企業(yè)的形象。為了消除“有色煙羽”造成的不利影響，河北某2×330MW機(jī)組將進(jìn)行“有色煙羽”治理改造。

2.2 改造技術(shù)路線的確定

綜合前面對(duì)白煙和藍(lán)煙的生成特性與治理技術(shù)分析可以看到，單一的技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)有色煙羽的治理是很困難的。為了有效消除電廠“濕煙羽”以及協(xié)同降低SO3的排放，采用煙氣冷凝再熱技術(shù)對(duì)排放煙氣進(jìn)行除濕脫白，并協(xié)同降低SO3的排放，可以實(shí)現(xiàn)良好的有色煙羽治理效果。

根據(jù)河北某電廠所處地區(qū)氣象環(huán)境進(jìn)行理論計(jì)算分析并結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策要求，以確定合理的煙氣冷凝再熱溫度。該地區(qū)的日平均溫度一般在-11.5℃到31℃之間，均值為14.73℃，采暖季日平均溫度為2.1℃，非采暖季日平均溫度為26.4℃，全年81%的時(shí)間日均值溫度高于2.1℃，多年平均相對(duì)濕度為65%。

圖2 河北某地區(qū)2016年氣溫日均值分布圖

當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策要求非采暖季冷凝后煙溫達(dá)到48℃以下，煙氣含濕量9.5% ，采暖季冷凝后煙溫達(dá)到45℃以下，煙氣含濕量8.5%以下，煙氣經(jīng)加熱后排放煙溫需達(dá)到56℃以上。

為了實(shí)現(xiàn)更好的環(huán)保效果，本項(xiàng)目確定采暖季時(shí)將脫硫出口飽和濕煙氣冷凝至43℃，煙氣含濕量8.5%，較冷凝至45℃煙氣含濕量減少1%。非采暖季工況時(shí)，將脫硫出口飽和濕煙氣冷凝至45℃，煙氣含濕量9.5%，較冷凝至48℃煙氣含濕量減少1.5%，進(jìn)一步降低了煙囪外排大氣的水量。此時(shí)再將煙氣溫度升高至58℃后從煙囪排放，即可大幅消減煙囪白煙規(guī)模。

圖3 煙氣冷凝再熱技術(shù)工藝簡(jiǎn)圖

該技術(shù)的核心換熱裝置為煙氣冷凝器、煙氣冷卻器、煙氣再熱器。該技術(shù)的冷凝部分為在濕法脫硫塔出口設(shè)置煙氣冷凝器，實(shí)現(xiàn)將脫硫出口煙氣溫度下降至45℃/43℃（非采暖季/采暖季），減少排煙含濕量。該技術(shù)的再熱部分包括除塵器進(jìn)口設(shè)置的煙氣冷卻器和濕除后的再熱器，其中煙冷器將電除塵器進(jìn)口煙溫下降至95℃左右，實(shí)現(xiàn)低低溫電除塵，同時(shí)利用煙冷器吸收的煙氣余熱通過(guò)熱媒介質(zhì)送至煙氣再熱器及暖風(fēng)器中，實(shí)現(xiàn)將煙氣冷凝器后的煙溫升至58℃以上，并提升空預(yù)器冷端溫度，減輕空預(yù)器硫酸氫銨堵塞和低溫腐蝕問題。

“有色煙羽”治理改造工藝簡(jiǎn)圖如圖3所示。

2.3 濕煙羽治理效果分析

“有色煙羽”治理改造完成后，各設(shè)備進(jìn)出口煙溫測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示，測(cè)試結(jié)果表明本次改造基本達(dá)到改造設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了濕煙羽的消除。

表1 “有色煙羽”治理改造設(shè)計(jì)參數(shù)與改造后各設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

2.4 SO3協(xié)同脫除效果分析

改造后電除塵器出口的SO3濃度在25mg/Nm3左右，煙囪入口SO3濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定在2mg/Nm3左右，達(dá)到了改造設(shè)計(jì)要求的5mg/Nm3以內(nèi)，煙囪出口無(wú)藍(lán)煙現(xiàn)象，圖4、圖5為改造前后煙囪視覺效果對(duì)圖。

圖4 改造前煙囪視覺效果圖

圖5 改造后煙囪視覺效果圖

3 結(jié)語(yǔ)

河北某2×330MW機(jī)組通過(guò)“有色煙羽”治理改造，采用煙氣冷凝再熱技術(shù)使得燃煤電廠“白色煙羽”現(xiàn)象得到顯著改善，并協(xié)同脫除煙氣中的SO3，使得煙囪入口SO3濃度下降到2mg/m3，取得良好的社會(huì)效益與環(huán)保效益。