独家供稿发布丨燃煤锅炉排烟湿法脱硫除湿脱白的技术途径探讨

摘要 本文探讨燃煤锅炉排烟湿法脱硫除湿脱白的技术途径，湿烟气除湿脱白首先是锅炉更经济实用的低投入超低排放的可选择技术路线之一，还有节水、回收低温余热节能的显著经济效益。

1 概述

我国火电、热力、工业等燃煤锅炉排烟大量采用湿法脱硫，通过采用低低温电除尘器和/或末端湿式静电除尘器改造，可以满足新国标(GB13223-2011)要求、甚至实现超低排放，这两条超低排放的技术路线，不仅投资和运行成本高，因为允许直接排放湿烟气，就是导致我国大范围雾霾的元凶，而且不仅燃煤，钢铁、天然气、焦化、化工、水泥建材、汽车尾气、餐饮油烟都不同程度增加人为排放水分，而现有的大气污染控制指标几乎都没有排放烟气湿度的控制指标。虽然人为排放水分多是导致雾霾的因素还有争议，但是增加大雾天气应该没有疑问，有效解决湿法脱硫的排烟除湿脱白，不仅能根除雾霾污染，还能低成本实现环保达标、真正真实的超低近零排放，特别是回收烟气中的水分和余热，年节水潜力几十亿吨、同步提高燃煤效率，是兼顾环境与发展矛盾的重要途径。

本文尝试估算我国燃煤锅炉等各主要行业湿排烟放散的水份总量，介绍和探讨~50°C低温湿烟气除湿脱白的技术途径。

2 我国湿排烟带出水分的总量估算

水在自然界中呈现三种状态：固态冰、雪，液态水、雾;气态水蒸汽。水吸热后会蒸发相变为水蒸汽进入大气，大气中的水蒸汽含量达到一定程度会饱和达到含湿量的最大值，饱和后的大气遇冷降温就会再相变为雾、雨、雪、冰雹等，自然界水变蒸汽、蒸汽冷凝成水是一个可逆过程，有其自身规律和平衡，我国最湿月份室外平均大气湿度为12g/kg(折合~15g/Nm3)，西北部大气湿度低属于干燥区域，东南部属于高湿区域。

燃煤锅炉湿法脱硫系统排烟带出的水分，以300MW机组为例，脱硫系统的水平衡如图1所示 ,脱硫系统每小时排放到大气的水份120m3/h，包括原烟气带水分71.8 m3/h、脱硫增加40m3/h，年耗水量~100万吨。按照燃烧吨标准煤放散烟气10000Nm3/t、湿烟气所含水分112g/Nm3估算，每燃烧1吨煤湿烟气带走水份1吨左右，主要包括煤带水、燃烧空气带水、脱硫补充水，2014年全国消耗煤36-37亿吨，燃煤烟气带入大气的水份高达三十多亿吨。加上电厂循环水冷却塔的排水，总量超过100亿吨。

其次是天然气燃烧，煤改气一直被国家和北京等有些地方做为控制大气污染的主要技术措施，天然气不仅大量依赖进口来源紧缺、价格高，天然气燃烧温度高导致排烟氮氧化物含量高，需要面对的问题是每燃烧1单位体积的天然气，会产生2倍体积的水蒸汽。2014年我国天然气消耗量1800亿立方米，则产生3600亿立方米水蒸汽，折合近3亿吨水分。北京一个采暖季燃烧天然气排放水分超过2000万吨、平均每天15万吨。仅此两项，我国放散湿烟气每年就人为增加30多亿吨的水分进入大气，加上循环水冷却塔、钢铁、化工等其它行业，我国工业烟气排放总量水平超过100亿吨，夹带着检测达标后的残余污染物成分、特别是检测不出的溶解盐，并且主要集中在京津冀、长三角、珠三角等经济发展区域，分布极不均匀。由于烟气中二氧化硫等污染成分降低，按照设计规范许多非电行业排放烟囱又比以前降低。按照常识或检测，都可以确定这一点就是我国近年来大气环保控制指标逐年大幅降低、但雾霾却加重的原因，是我国大气污染控制从标准和技术规范层面必须尽快解决的问题。

3 现有的除湿脱白技术

我国在引进的石灰石石膏湿法脱硫成套技术中，包含烟气再热器，业内称GGH(Gas-Gas Heater)，通过湿烟气与干烟气间接换热将其温度抬升到80°C以上排放。采用GGH只设计一组换热器，应用中出现了堵塞、腐蚀、串烟导致排放超标等一些问题影响了电厂的正常运行。随后又引进了热媒循环烟气再热器MGGH(Media Gas-Gas Heater),采用降温和升温两组换热器分离布置，成功解决了串烟问题，腐蚀问题通过换热器采用耐腐材料也有解决办法，新的问题是造价过高。由于MGGH再热器的升温换热器是将湿烟气间接升温为干烟气，存在腐蚀问题，为解决防腐分别采用氟塑料、或钛合金材料换热器，价格一直难降低。MGGH在国产化过程中，有些用户只用降温换热器，用软水或环境空气做为换热介质，升温后回收利用，脱硫后湿烟气直接排放。国外也有用户采用辅助燃烧产生高温干烟气，与脱硫后湿烟气混风+升温除进行除湿脱白。升温和混风除湿脱白的共同问题是，烟气中的水分不降低、或降低不多只有~30%，都需要另外增加能耗，因此一直倍受争议，最终在两条超低排放技术路线设计中仅做为选择技术。

总之，我国火电锅炉在实际大范围推广湿法脱硫过程中，由于标准规范的错误，原有机组多拆除GGH，新建机组不用GGH，代之以防腐蚀烟囱直接湿排烟，钢铁、化工等其它行业也纷纷效仿，这就是导致我国产生严重雾霾的主要根源。

国外也确有一些企业采用湿烟气直排，但最基本的区别是，全球的燃煤总量一半在中国、高度集中、超过环境容量，欧美发达国家的做法没有多少参考价值，更不应成为我国有关部门制定标准允许排放湿烟气的依据。拆除、不上GGH/MGGH是错误的，上了GGH/MGGH、甚至烟气脱硫都用干法、半干法也都未必能解决我国的大气雾霾问题。

我国火电等行业湿法脱硫采用直接喷淋冷凝为基础的除湿脱白是唯一符合我国国情的治霾技术路线，有必要在多做示范项目不断总结完善的基础上，从法规标准规范层面纠正现有的错误。

4 直接喷淋除湿脱白为基---符合中国国情的唯一可行途径

湿气体的饱和含湿量与湿烟气压力和饱和温度有关，压力、饱和温度越高含湿量就越高。湿法脱硫后的烟气表压为几百帕的微正压，可以近似视为恒定绝对大气压。在恒定大气压力下，湿烟气的饱和含湿量只与饱和烟气温度相关，这在许多相关技术手册中都可以查到，也可以计算。为方便讨论，以1Nm3的干烟气为基数，将其饱和含湿量与饱和温度的关系列于表1。对于湿法脱硫、或其它湿法烟气净化工艺，只要排烟达到饱和状态，只需知道、测定其饱和温度，就知道了其饱和含湿量，避免含湿量难测定、测不准。引进湿法脱硫技术规范要求排放烟气的水滴含量小于75μg/m3，这是饱和烟气冷凝的部分，只占烟气总含湿量的不足1%，所为各种机械除雾器，包括湿电、旋流、声波等都不能除饱和蒸汽，也就是不能脱白，除非组合采用直接、间接冷凝。用氟塑料、钛合金材料的各种间接冷凝技术，首先能冷凝的程度有限，最主要的存在投资多、占地多、阻损大、冷凝废水处理多个问题。还可以看出，干法脱硫、除尘不能除去锅炉煤带水、空气带水，排烟含湿量是我国大气平均值3倍，特别是独立焦化厂焦炉烟道气、转炉干法除尘，干法烟气含湿量比湿法更高，也不是脱白方案的正确选项。因此，直接喷淋冷凝是解决我国排烟除湿脱白的唯一可行技术。