冷凝再热技术消除湿烟羽在大型燃煤机组中的应用

凝变除湿复合系统由相变凝聚器、高效除雾器、加热器、开式循环水系统、在线冲洗系统、收集水处理及回用系统等部分组成。

1、相变凝聚器：凝变系统的相变凝聚器采用垂直布置方式，通过循环水冷却烟气，降低烟气温度。相变凝聚器外框架为碳钢，换热管材质采用高导热性耐腐蚀换热管，支撑材料采用2205双相不锈钢。接口尺寸为24m宽×13m高，空间深度尺寸3.5m。

2、高效除雾系统：将原脱硫的第三级烟道式除雾器拆除后，移位至烟气相变凝聚器之后，保证除湿后烟气液滴浓度≯25mg/Nm³。

3、开式循环冷却水系统：开式循环水系统采用厂区循环水水作为介质(丰水期为江水，枯水期为海水)，配备循环水泵2台(一用一备)用于克服开式循环水系统的阻力;配备电动滤水器对循环水进行过滤除污;循环水管道采用环式设计，可正向、反向进入相变凝聚器，可集中流量进入几个或一个换热模块，充分利用介质流向和压力变化来最大限度的保证相变凝聚器换热管不堵塞。

4、冲洗系统：相变凝聚器及高效除雾器均设在线冲洗系统，分别对设备进行冲洗。每天冲洗1次，每分区冲洗时间为2分钟，也可根据实际运行情况人工灵活控制。冲洗水为相变凝聚器收集水回用。

5、收集水处理回用系统：湿烟气中析出水及冲洗水均进入收集系统，收集水箱和清水箱布置在主烟道下方。收集水箱为中转溢流结构，内设两层隔板，析出收集水及冲洗水流入一侧，沉淀后清水溢流至另一侧，清水溢流至清水箱。工艺补水也流入清水箱，回用水泵布置在清水箱侧，清水可去冲洗、制浆等多种用处。

6、烟气加热系统：增加烟气加热器，采用2205双相不锈钢的换热器，通过闭式循环水将脱硫塔前原烟气热量置换到脱硫后来加热净烟气。

7、防腐措施：凝变除湿系统进、出口烟道及壳体采用碳钢+玻璃鳞片防腐，相变凝聚器换热元件采用高分子耐腐蚀材料，支撑结构件采用2205双相不锈钢，除雾器材质为PP，烟气加热器材质采用2205和316L不锈钢。

3.3 建设周期

#7机组凝变除湿系统于2016年03月设计全面展开，04月01日开始基础施工，4月28日钢架吊装，7月4日烟道贯通、锅炉启机，7月27日循环泵试运完成、系统冲洗完成;7月28日下午3时整凝变系统投入运行，整套系统设计、建设历时4个多月。

4 性能测试结果与分析

测试中主要测量仪器如下：自动烟尘测试仪(崂应3012H)、PM2.5采集系统(PMS-410)、原子吸收分光光度计(AA800)、S形皮托管、电子天平(BS224S和CPA225D)、空盒气压表(DYM3)等。

试验需要的条件或工况满足后，试验准备开始，首先记录试验现场的大气压、环境温度、湿度等参数。

试验先用热电偶温度计测试相变凝聚器入口、出口及除雾器出口烟气温度，并用崂应3012H烟尘(气)采样仪采集烟气含湿量;随后开始烟气量及颗粒物浓度测试，先量取或者核实好烟道尺寸，之后将大气压力、烟道尺寸、烟气温度、烟气含湿量、滤嘴编号等输入仪器中并进行相应的采样设置，在烟道测孔位置，用崂应3012H烟尘(气)采样仪网格法采集烟气流量、颗粒物浓度、烟气压力等烟气参数;同时用崂应3012H烟尘(气)采样仪和采样装置在测孔位置采集液滴，样品采集完后量取体积并装瓶密封好后带回化学分析室用原子吸收分光光度计进行分析吸收液中的Mg2+浓度，在液滴采集试验的中段同时采集吸收塔浆液分析浆液密度和其浆液中Mg2+浓度，最终计算得到液滴含量;采集液滴的同时，使用80%异丙醇吸收法采集SO3，采集完成后将吸收液带回实验室分析，得到SO3含量。

收集水量测试方法：停止冲洗，仅相变析出水进入收集水箱，通过测定单位时间内的液位变化来计算凝结水量。

主要测试数据根据实际情况进行不少于三次的采样，进行对比分析、减少单次测试的误差。

在测试期间，#7机组锅炉负荷稳定在900～910MW，最大波动幅度没有超过±5%。期间煤质基本不变，燃煤煤质分析见表1。测试数据如表3所示：

在#7机组900MW负荷试验时，相变凝聚器温度降为5.3℃，相变凝聚器本体阻力为132.0Pa;相变凝聚器出口颗粒物脱除效率为50.6%;相变凝聚器出口液滴浓度为22.6mg/m3(标态、干基、6%O2)，脱除效率为49.1%;相变凝聚器出口SO3浓度为3.0  mg/m3(标态、干基、6%O2)，脱除效率为54.5%。

在#7机组900MW负荷试验时，除雾器本体阻力为109.9Pa;除雾器出口液滴含量为13.1mg/m3(标态、干基、6%O2)，SO3含量为1.6  mg/m3(标态、干基、6%O2);冷凝法除湿减排系统液滴总脱除率为70.5%，SO3总脱除率为75.8%，冷凝析水量为67.5t/h。

在此凝变除湿的基础上，上海外三电厂对湿烟气小幅升温即可达到与传统直接加热法消除湿烟羽同样的效果，冷凝再热的技术路线得到了上海市环保部门的高度认可。

2017年7月发布的《上海市燃煤电厂石膏雨和湿烟羽测试技术要求(试行)》中提出：采取烟气加热或冷凝再热技术的燃煤电厂可免于测试但不得无故停运相关设施，其中，采取烟气加热技术的正常工况下排放烟温应持续稳定达到75℃以上，冬季(每年11月至来年2月)和重污染预警启动时排放烟温应持续稳定达到78℃以上;采取烟气冷凝再热技术且能达到消除石膏雨和白色羽同等效果的，正常工况下排放烟温必须持续稳定达到54℃以上，冬季和重污染预警启动时排放烟温应持续稳定达到56℃以上。

5 结论

凝变除湿复合再热技术，通过在上海外三电厂示范应用研究，技术优势有以下几点：

1)多污染物脱除：

凝变技术可增强细颗粒物的团聚作用，增强烟气其它污染物：  PM2.5、气溶胶、SO3、可溶性盐、汞等重金属的脱除效果，有利于改善区域大气环境质量;

2)节水效果显著

凝变技术通过烟气降温可大量回收烟气中水分，1000MW机组，降温5℃，凝变系统实现回收水量~70t/h，回收水pH值~3.0;回脱硫系统回用可降低脱硫系统水耗量，节水显著。

3)消除湿烟羽的节能效果

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，消除湿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(~3g/kwh)有着显著的下降，其机组煤耗影响小于1g/kwh，单台机组年节约标煤5000吨。

因此，在各地纷纷出台湿烟羽治理要求的形势下，冷凝再热复合技术在投资相当的前提下，可协同实现节能、节水、多污染物联合脱除、完全消除“湿烟羽”等多种作用，有很好的环境、社会效益。

上海外三电厂#7机组示范项目的成功实施和稳定运行，更是为我国煤电行业节能减排和治理“湿烟羽”提供了很好的技术改造思路和示范效应，具有广阔的推广前景。

作者简介：孙尊强(男 1982--)工程师，长期从事燃煤电厂的锅炉烟气脱硫、湿式静电除尘和湿烟羽控制技术的开发、设计和研究工作。

课题：国家863计划项目-燃煤电站多污染物综合控制技术研究与示范(2013AA065401)

Research Subject: National 863 project - research - demonstration of multi  pollutant control technology in coal fired power station (2013AA065401)

作者通信处：南京市浦口区浦东路10号国电环境保护研究院

参考文献：

1.马修元, 惠润堂, 杨爱勇，叶毅科, 湿烟羽形成机理与消散技术数值分析, 科学技术与工程 (2017), no. 22, 220-224.

2.刘志坦, 惠润堂, 杨爱勇,舒喜, 燃煤电厂湿烟羽成因及对策研究, 环境与发展 (2017), no. 10, 43-46.

3.S. K. Tyagi, A. K. Pandey, P. C. Pant and V. V. Tyagi, Formation,  potential and abatement of plume from wet cooling towers: A review, Renewable  and Sustainable Energy Reviews 16 (2012), no. 5, 3409-3429.

4.叶毅科, 惠润堂, 杨爱勇, 祝业青, 韦飞, 舒喜,马修元, 燃煤电厂湿烟羽治理技术研究, 电力科技与环保 (2017), no. 04,  32-35.

5.S. K. Tyagi, S. R. Park, V. V. Tyagi and S. Anand, Economical and thermal  optimization of possible options to control visible plume from wet cooling  towers, Indian Journal of Pure & Applied Physics 47 (2009), no. 8,  597-608.

6.K. Takata, T. Michioka and R. Kurose, Prediction of a visible plume from  a dry and wet combined cooling tower and its mechanism of abatement, Atmosphere  7 (2016), no. 4, 59.

7.X. Xu, S. Wang and Z. Ma, Evaluation of plume potential and plume  abatement of evaporative cooling towers in a subtropical region, Applied Thermal  Engineering 28 (2008), no. 11-12, 1471-1484.

8.S. K. Tyagi, S. Wang, S. R. Park and A. Sharma, Economic considerations  and cost comparisons between the heat pumps and solar collectors for the  application of plume control from wet cooling towers of commercial buildings,  Renewable and Sustainable Energy Reviews 12 (2008), no. 8, 2194-2210.

9.舒喜, 杨爱勇, 叶毅科, 韦飞, 王敏,王春玲, 冷凝再热复合技术应用于燃煤电厂湿烟羽治理的可行性分析, 环境工程 (2017), no.  12, 82-85+91.

10.马修元, 惠润堂, 杨爱勇,叶毅科, 湿烟羽扩散特性研究, 2017中国环境科学学会科学与技术年会2017, p. 7.