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干货:现有烟气脱白技术探索

北极星环保网来源:上海兴能环保科技有限公司 姜丰勇2018/11/23 10:02:42我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:烟气脱白 有色烟羽 GGH

北极星环保网讯:在我国火电、钢铁、建材、有色、水泥、玻璃、石化、焦化等行业,烟气脱硫大多采用湿法脱硫工艺,尤其以石灰石-石膏法、氨法脱硫等工艺为主。烟气经脱硫系统净化后,一般会形成45-55℃的低温饱和湿烟气。这些湿烟气经烟囱直接排入大气环境中,由于温度降低,部分气态水很快会和烟气中的污染物(粉尘、SO3气溶胶、NH3气溶胶、石膏浆液等)凝结成液滴,在烟囱周围形成雾状水汽。在阳光照射下发生散射,形成人们常说的“有色烟羽”,在不同视角下,一般呈现为白色、灰白色、蓝色或者黄色,严重时会在附近形成石膏雨或者氨逃逸。目前,各地火电领域、非电领域在推进超低排放的同时,已经将治理“有色烟羽”列入地方环保政策。(本文由:上海兴能环保科技有限公司 姜丰勇授权发布,其它渠道未经授权转载,将追究相关责任)

1.烟气脱白的必要性

1.1.有色烟羽的视觉影响

有色烟羽会对周围居民生活造成困扰,环保局也经常会受到类似的投诉。因此许多配备湿法烟气脱硫装置的企业、把消除“白色烟羽”作为超低排放改造的重要内容之一。国电环境保护研究院调研了全国火电厂95座,涉及235台机组,在所有调研的122根烟囱中,有107根出现湿烟羽,占88%,未出现湿烟羽的电厂多采用半干法脱硫、烟气加热技术或“烟塔合一”技术。

1.2.有色烟羽的污染问题

通常来讲,烟气经过脱硫脱硝除尘处理后,都已经达到了国家要求的排放标准,但有色烟羽的雾滴仍然夹带着氮氧化物、硫化物、各种烟尘颗粒物、SO3气溶胶、NH3气溶胶、超细结晶盐颗粒物等污染物,对烟气进行脱白处理,在脱除大部分雾滴同时,还可以脱除大量污染物,有利于减轻雾霾。

1.3.烟气脱白有利于节能节水

对于湿法脱硫工艺,烟气排放的同时,由于高温原烟气经多层喷淋降温,会带走大量气态水和液态雾滴。据估算,按照全国的燃煤量,全国每年因燃煤烟气带入大气的水分高达几十亿吨。因此进行烟气脱白,可以回收大量宝贵的水资源。

2.烟气脱白工艺探索

根据“有色烟羽”的成因,目前的烟气脱白工艺主要有2个方向:1、减少烟气中水分;2、提高烟气的排放温度;3、减小烟气流速,减少二次夹带;4、采用烟塔合一技术;5、引入热风混合排放。

减少烟气中水分,目前可以通过以下几个措施实现:

(1)通过烟气换热器降低原烟气进入FGD系统的温度;

(2)脱硫后的净烟气增设管束除雾器,脱出大部分液滴;

(3)脱硫后的净烟气增设湿式电除尘器,脱除大部分细粒液滴;

(4)脱硫后净烟气通过换热器冷凝,降低烟气温度,冷凝回收烟气中的水分;

提高烟气的最后排放温度,可以通过GGH,使净烟气排放温度达到80℃左右,升温后的烟气处于不饱和状态,通过烟囱排出后,就不会形成“白烟”。

2.1.烟气换热器在烟气脱白中的应用

在湿法脱硫工艺中,目前常用的烟气换热器有4中:回转式烟气换热器、热管式烟气换热器(GGH)、管式热媒水强制循环式换热器(MGGH)、管式蒸汽热交换式换热器。

回转式烟气换热器和热管式烟气换热器安装在引风机后脱硫塔入口前的位置,能使脱硫塔入口烟气降至90-100℃,这样烟气温度降低后烟气体积变小,原脱硫塔内的上升流速自然变小,与脱硫液接触反应时间延长,则脱硫效率相应提高,同时,由于入口烟气温度的降低,则在烟气入塔时与脱硫液接触时产生的水蒸气量也会大大降低,则会减少烟气中水蒸气占有的体积,烟气总体积量减少,此外由于入口烟气温度的降低,在脱硫塔内总的运行温度都会降低,排出烟气中所含的饱和湿度(绝对湿度)含水量大大减少。此外,净烟气通过GGH温度可以提升至80℃,此排放温度下,净烟气属于不饱和状态,因此不会产生“白烟”。

在最初引进国内时,由于在运行过程中存在堵塞、漏烟和腐蚀等问题,在目前的电厂中多已取消,新建的FGD系统多数也没有预留位置,因此改造起来有难度。目前相对而言,MGGH克服了以上问题,而且由于冷却器和再热器可以分开布置,更方便烟道的布置。

MGGH采用间接换热,利用水作为媒介,通过水循环方式从高温烟气吸热,到尾部烟道放热,提升净烟气的温度,提高烟气排放的抬升高度,降低污染物的落地浓度,从而消除白烟现象。

MGGH系统工作原理MGGH系统综合应用烟气余热利用技术:①通过热回收器回收出口烟气余热,使除尘器入口温度由120、150℃降低至90、100℃烟温的降低促使粉尘比电阻相应降低,进而大幅提高除尘效率,并有效脱除烟气中绝大部分的S03,满足低排放要求,节省湿法脱硫工艺耗水量,减少烟囱水汽的排放。②热回收器回收的热量由热媒体运输至烟气再加热器,将脱硫出口烟气温度由约50℃升高到80℃左右,从而避免烟囱降落液滴,减轻烟囱腐蚀,提高烟气排放抬升高度,消除“烟羽”视觉污染。

2.2.管束除雾器在净烟气脱白中的应用

在燃煤锅炉末端脱硫过程中,控制吸收塔后烟囱颗粒物排放含量的设施主要为折流板除雾器。折流板除雾器在其工作流速下,对粒径20μm以上颗粒的去除效率显著,但是对粒径20μm以下小颗粒的去除效率不佳;随着环保力度的加大,在超低排放政策下,如何对细小颗粒进行高效率地去除,同时保证运行成本的可持续性,是亟待解决的难题。

管束式除雾器是近年来兴起并逐渐得到应用的新型高效除雾器,具有对细小颗粒去除效率高、阻力小、投资成本低、维护简单等特点。在吸收塔入口颗粒物含量≤30mg/Nm3的前提下,吸收塔烟囱出口颗粒物含量≤5mg/Nm3,并可在长时间连续稳定运行。

管束式除尘除雾器是主要依赖于吸收塔上部低温饱和净烟气中含有大量细小雾滴的特点,利用大量细小雾滴高速运动条件下增加粉煤灰颗粒与雾滴碰撞的机率,雾滴与粉煤灰颗粒凝聚从而实现对此部分极微小粉煤灰尘和雾滴的捕悉脱除。

管束式除尘除雾器的工作原理可简单表述为通过粉煤灰颗粒、雾滴的凝聚、捕悉和湮灭的3种运动状态,在烟气高速旋流、剧烈混合、旋转运动的过程中,将烟气中携带的雾滴和粉尘颗粒脱除。

2.3.湿式电除尘器在烟气脱白中的应用

湿式静电除尘器是高效气液分离湿法设备,捕集烟气中微米和亚微米级微粒,确保烟气中水雾、粉尘达标排放。工作原理:通过静电控制装置和直流高压发生装置,将交流电变成直流电送至除雾装置中,在电晕线(阴极)和酸雾捕集极板(阳极)之间形成强大的电场,使空气分子被电离,瞬间产生大量的电子和正、负离子,这些电子和离子在电场力的作用下作定向运动,构成捕集烟雾的媒介。

同时使酸雾微粒荷电,这些荷电的酸雾粒子在电场力的作用下,作定向运动,抵达到捕集酸雾的阳极管上。之后,荷电粒子在极板上释放电子,失去电荷后的酸雾颗粒在重力作用下顺沉淀极内壁流向电除雾器底部,这样就达到了净化雾滴的目的。

在进口烟气粉尘颗粒浓度不高于300mg/Nm3情况下,电除雾器出口细微粉尘颗粒不高于30mg/Nm3;脱除效率不低于90%。在进口烟气雾滴浓度不高于750mg/m3情况下,电除雾器出口烟气中雾滴不高于70mg/m3。烟囱出口视觉无明显白雾(冬季因温差原因或气压较低的情况下,可能会有部分白烟)。脱除效率不低于90%

2.4.净烟气冷凝器在烟气脱白中的应用

相当数量的湿法脱硫系统存在场地限制,改造困难的情况,对于一些难以增设GGH的情况,可以单独采用净烟气冷凝器回收冷凝液+再热器升温的方案。

冷凝器安装于脱硫塔出口烟道中。由于换热管中通有冷却水,使得烟气水蒸气冷凝析出,将裹挟烟尘、石膏颗粒凝结聚集,沿垂直换热管表面向下流动,起到液膜除尘作用,降低烟气尘浓度,烟气含水量,消除“湿烟羽”“大白烟”。换热后的热水供厂区回用。

再热器安装于脱硫出口烟气冷凝器之后、烟囱之前的烟道中。利用原烟气加热的热媒水对脱硫后烟气升温,降温后的媒介水再经过热循环泵送至脱硫前烟气冷却其中。使脱硫后烟气再热器的媒介与脱硫原烟气冷却器的媒介形成闭室循环。

2.5.引入热风混合排放技术

传统的烟气再热技术(GGH)存在投资、运行费用高,易腐蚀、堵塞、漏烟等问题,且不适用于改造。为此为提升净烟气温度,可以混合式烟气再热技术。将来自锅炉空气预热器的一定量的热风引入到脱硫净烟气中,热风与净烟气直接混合,从而达到提升烟气的合理温度范围。该技术投资运行费用低,无堵塞和腐蚀问题,也可以有效消除有色烟羽,但是对于排放污染物和水蒸汽的总量没有帮助,可以和以上其他技术组合使用。

2.6烟塔合一排放技术

烟塔合一排放技术在德国首次使用,并逐步在国内得到应用。烟塔合一是利用冷却塔的巨大能量和热空气量,对脱硫后的净烟气进行抬升,从而促进烟气扩散,改善净烟气中污染物的扩散情况,从而避免石膏雨的产生。

此外对于新建项目,要注意烟气流速设计,不要超过临界值,烟道流速不要超过15m/s,吸收塔流速宜设计在3.5m/s以下,烟囱宜设计为“直筒型+收缩段型”,这样可以有效避免冷凝液的二次夹带。

3.结语

烟气脱白技术重点在于强化净烟气的除雾、冷凝回收及烟气再热,本文介绍的烟气换热器技术、管束除雾器、湿式电除尘器、烟气冷凝器、热风混合排放技术、烟塔合一技术等均存在各自的优缺点和适用范围,在实际工程中,可以根据情况组合使用,兼顾经济效益,这样在很大程度上,可以解决烟气脱白问题。

延伸阅读:

消除火电“白色烟羽”的11种技术路线图

湿法脱硫烟囱“白烟”的形成机理及控制技术

燃煤电厂深度超低排放之白烟治理技术

燃煤电厂湿烟羽“大白烟”机理及治理方法研究


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