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冷凝法烟气除湿减排干烟技术概述

北极星大气网  来源:《电力设备管理》  作者:冯伟忠等  2018/5/28 15:07:57  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:白色烟羽 湿法脱硫 外三 

4)湿式惯性除尘

湿式惯性除尘中惯性碰撞和拦截作用为主要除尘机制。冷凝管换热器内部有数量众多的冷凝管垂直排列,凝聚后的颗粒物随气流冲击在冷凝管上,气流方向发生急剧转变,借助尘粒本身的惯性力作用,使其与气流分离。

具体工程设计时,外三在脱硫除雾器之后增设烟气冷凝析水换热装置。烟气冷凝析水换热装置应用高导热性耐腐蚀管式换热器,通过开式循环水(长江水)对烟气进行降温,经过物理换热将脱硫后烟气降温5摄氏度,从而凝结出烟气中的含水,减少排放烟气中的水蒸气含湿量。凝结收集水(年平均析出水量70t/h)可用于脱硫除雾器的冲洗水,实现收集水厂内循环,不外排,节水显著。该技术的实施能同时有效去除多污染物和水汽,实现多污染物联合脱除。

图4冷凝法烟气除湿减排装置布置图

3.2去烟羽加热部分

经冷凝,烟气温度水平降低,烟气中冷凝水被大量收集后,烟气中水蒸汽含量降低,水蒸气的分压力也随之降低。对于烟囱出口烟气排放的过程而言,由于烟气温度水平的降低导致烟气与大气环境温度之间的温差减小,这将有效减缓烟囱出口水蒸汽冷凝速度(即白羽的产生速度),同时由于水蒸气的分压力的降低,在烟气冷却和扩散过程中的水汽析出(生成白雾状细小水滴)的速率相应降低。随着烟气在大气中的不断扩散,烟气中水蒸气的分压力不断降低,部分已析出的细小水滴会再次气化,当水蒸气的分压力对应的饱和温度降至雾状水滴的温度之下(再蒸发点)时,所有的细小水滴都会气化,白色烟羽即消失不见。由于该技术实施后,烟囱出口烟气中的水蒸气初始分压力已显著下降,水蒸气在大气中的分压力下降至再蒸发点的过程将显著缩短,白色烟羽会得到明显改善。若再对烟气进行适当的加热,则能极大改观白烟状况。冷凝法对于改善白色烟羽的机理在附件一中将会进一步阐述。

4该技术方案的工程效果

2016年,冷凝法烟气除湿减排技术分别在外三#7、#8机组实施,成功地实现了低能耗消除白色烟羽的工程效果,其主要技术成果如下:

4.1节水效果

采用冷凝法烟气除湿减排干烟的技术方案后,单台机组平均可凝结析出水量为70t/h(随季节不同略有差异),每年可收集冷凝水至少50万吨。收集水用于脱硫除雾器的冲洗水,实现节水效益。对北方缺水地区来说,湿法脱硫系统是煤电厂的用水大户,而且在北方由于冷源温度相对于南方地区更低,在同等条件下可回收更多比例的冷凝水。如应用该技术,将收集到的烟气冷凝水经简单处理后重新打回至脱硫系统使用,其绝对量相当于脱硫系统用水总量减少一半左右,极限条件下(如冬季)基本可做到脱硫系统的水耗平衡。项目产生的示范意义十分显著,具有广泛推广的价值。

4.2改善白色烟羽,降低系统能耗

通过冷凝后的烟气由于其含湿量已显著下降,在相同的气候条件下,外三消除白色烟羽所需的加热量小于常规加热法,相较于传统的烟气加热技术能耗有着显著的下降,但改善白色烟羽的效果是相同的。该技术较传统烟气加热技术对机组煤耗影响小于1g/kwh。

燃煤电厂排烟形态会随着外部气象条件(温度、湿度、风向、风速、气压等)和电厂烟气参数(烟气量、含湿量、排烟温度、水蒸气分压力、燃煤成分、机组运行模式等)等发生明显变化。根据水汽在大气环境中的凝结特性,基于理论计算和现场试验,得出各物性参数之间的关系,外三建立了白色烟羽形成的多维度模型,研发出了消除白色烟羽的智能模糊控制模型。该模型通过采集现场多个位号的数据信息,实现系统控制在线寻优和优化设定,依托自动控制系统自动寻优、调整环保设备运行方式,避免了“过加热”情况,利用最小耗能实现“白色烟羽显著缓解或者消除”。该技术成果不仅适用于冷凝干烟模式,同样也适用于传统烟气加热模式的自动寻优调节控制。该技术成果已通过#7、#8机组冷凝干烟系统运行阶段进行了验证。图5为基于某一特定运行模式下,白色烟羽出现的物理边界。

图5冷凝干烟系统多维度最优运行控制技术

4.3脱除净烟气中剩余SO2/SO3,减少酸性气体排放

脱硫后净烟气中的剩余SO2/SO3遇水会发生剧烈反应而溶于水,理论上可全部脱除。但考虑到冷凝析水装置中烟气的停留时间较短,气流方向和冷凝水流动方向为垂直方向,存在部分气体逃逸,只能收集部分SO2/SO3。根据外三冷凝水检测报告计算,SO2/SO3融水形成的硫酸根含量约为40mg/L。若回收冷凝水按70t/h计,年利用小时5000小时计,每年可减排纯硫酸(H2SO4)14.3吨。若推广到全国5.3亿千瓦容量的燃煤机组上,可减少7579吨纯硫酸的向大气中的排放,而SO2/SO3的排放正是酸雨的主要成因。

4.4进一步减排粉尘

该技术使用后,冷凝水不断从烟气中析出并凝结的过程中,烟气中的微小颗粒会随着冷凝水的收集被去除。烟气冷凝水中还包含K、Na、Ca、NO3-等多种物质,通过冷凝水的收集,还能减排大量的可溶性盐。虽然外三的粉尘实际排放浓度已小于5mg/m3,该技术在外三应用时其除尘效果并不会明显,但对于其它粉尘排放仍存在问题的电厂而言具有推广价值。

5该技术的意义和推广价值

冷凝法烟气除湿减排干烟技术实施后可以获得减少排放、降低水耗等环保、经济效益,同时可以有效减除烟尘、SO3等多种污染物,提高烟尘等污染物达标排放的可靠性和稳定性,起到很好的环保效益和社会效益。现在水资源日益匮乏,各国都在积极推进火电厂烟气水份回收的相关工作,而随着我国最新“水十条”政策出台,对水资源的利用将趋于严格,要求火电行业促进再生水利用、控制用水总量、提高用水效益。因此,降低燃煤电厂的水耗是当前环保改造的趋势。冷凝法烟气除湿减排技术可以有效收集湿法脱硫后湿烟气的水汽,收集的废水可在脱硫中重复利用,降低水耗。这也是国内首次百万级大机组实现脱硫后湿烟气所含酸性水汽的工业化系统性捕集,实现低能耗的循环利用,具有很好的示范作用。2016年1月24日,外三组织召开了冷凝法烟气除湿减排技术专家论证会,以柴发合为组长的专家组一致讨论认为,该技术立足于污染物的进一步减排收集,效果明显。多年来,外三实施了多项国内外领先的节能减排创新技术,并得到多方肯定。而此次外三冷凝法烟气除湿减排项目的实施更是摸索一种新的火电净烟气除湿的方法,能够减少水蒸气和污染物的排放,为全国火电环保技术发展探索一条新的道路。该项目的实施也符合上海加速推进、加快建设具有全球影响力的科技创新中心的要求,能为减缓全球变暖的人类共同目标做出应有的贡献。

作者:上海外高桥第三发电有限公司冯伟忠、施敏、王利民等

原标题:冷凝法烟气除湿减排干烟技术概述

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