超低排放和烟羽治理中浆液冷却技术的应用

摘要：通过选择北京、沈阳地区建筑面积为6.5万m²典型办公楼作为分析模型，在分析当前常用的燃气冷、热、电三联供、固体蓄热锅炉+ 电冷机、地源热泵等供能、采暖技术方案进行比较分析基础上，为北方地区选择综合经济性比较好的供能采暖方案提供参考。

0 引言

烟囱白烟对企业外部形象影响很大，对电厂外部经营环境和自身工作环境带来很多负面影响。另外，国家和当地政府及社会各界不断提高环保要求，并继续加大污染物排放收费标准，需要我们进一步降低污染物排放，以进一步提高社会形象，降低排污费用。因此本工程的超低排放改造( 脱硫、脱硝、烟囱消白) 势在必行。

1 项目基本情况

上海市地方标准DB31 /963－2016《燃煤电厂大气污染物排放标准》规定自2017年9月1日起，现有600MW以下的公用燃煤发电锅炉执行颗粒物、SO₂浓度、氮氧化物浓度分别小于10mg /m³、35mg /m³、50mg /m³的排放限值。燃煤发电锅炉应采取烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽。

改造前长兴岛第二发电厂主要生产与污染物排放指标见表1。

我厂组织考察了数项技术后，认为目前烟羽治理的主要技术手段是利用烟气再热的方式，即对脱硫塔出口的饱和烟气进行加热除湿的方式来减轻烟羽形成的现象。但该技术仅仅消除了视觉污染，烟气中的可溶盐、灰尘等一点都没减少，反而浪费了约1.5g /kWh 的煤耗，不但不减排，反而是增排。同时常规MGGH 阻力较大，易堵塞、易腐蚀，造价高。而浆液冷却可以大幅减少可溶盐、灰尘。降温后烟温升5 ～ 8℃即可达到MGGH 升30℃的消白效果。采用该技术正好可以跟我厂的超低排放改造和烟羽治理结合起来。

2 技术方案

2.1 脱硫吸收塔系统:

将顶层即第三层喷淋层改造为低温喷淋层，并以顶层喷淋层为界将吸收塔分为下部、中部、上部三个区: 第二层喷淋层及下部分区域为常温蒸发脱硫吸收区，采用常规( 常温) 浆液喷淋系统，主要作用是烟气脱硫吸收、浆液部分水分蒸发发生相变成为水蒸汽，使烟气进入饱和状态; 第三层至第二层之间区域为中部低温冷凝综合脱除区，主要作用是通过向经过常温蒸发脱硫吸收区处理过的饱和烟气中喷入低温浆液，水蒸汽发生相变转化为液态，析出凝结水，减少烟气湿度和烟羽，提高脱硫除尘效率，减少脱硫补水; 顶层即第三层喷淋层以上部分为上部相变凝聚脱除区，主要作用是强化相变凝并、惯性凝并，进一步提高烟囱消白效率和除尘除雾效率。

将吸收塔顶层喷淋层改造为低温喷淋层，在顶层浆液泵出口管上串接相变冷却器，即专利产品－专门用于灰渣浆液的板式换热器( 宽流道全焊接板式换热器) 。其特点具有传热效率高，体积小，耐磨、耐腐蚀、不结垢、不堵塞等优点。换热器的浆液通道采用垂直方向，以确保不堵塞、不沉积。主要作用是通过降低浆液温度降低烟气温度7℃，降低烟气湿度。

检查修复喷淋层，更换顶层喷淋层为相变高效喷嘴。最下层喷淋层与入口烟道之间增设相变增益模块，强化脱硫除尘效果在最上层喷淋层顶部增设相变凝聚模块，强化除尘除雾效果。原3台循环泵经更换电机，调整减速比，提高流量至420m3 /h，提高脱硫效率。增设浆液冷却器冷却水系统，采用机组开式冷却水系统抽头，增设增压泵。增加备用循环泵，与顶层循环泵并联设置，相应增加管路及阀门等系统。主要是保证顶层低温喷淋层的可靠性。通过以上改造可以实现烟羽减少、SO₂浓度达到超低排放标准和节水目标。

2.2 烟气换热系统

增设热媒水系统，恢复电厂原有的烟气降温换热器，降低脱硫入口烟气温度，加热热媒水; 并将热媒水进出口管分为三路: 一路用于湿除后烟气再加热; 一路用于加热汽机侧凝水; 一路引至液氨蒸发器。

在湿除后增加一个烟气加热器即升温段换热器，采用专利产品－ 全焊接直通道烟气水换热器，传热元件采用2205，具有换热效率高、体积小、阻力小、耐腐蚀、易吹扫、不积灰及空间安排方便、施工简单等优点。再通过烟囱排放; 主要作用是利用来自于烟气降温段热媒水提高排烟温度17℃，消除烟囱烟羽现象。

增设凝水加热器，采用可拆式水/水板式换热器，具有换热效率高、体积小、阻力小、耐腐蚀及空间安排方便、施工简单等优点。主要作用是利用来自于烟气降温段热媒水加热凝水，在保证烟气加热系统消除烟羽的条件下尽量多的回收烟气余热，起到节能作用。热媒水采用闭式循环，水温由70℃加热至90℃左右，水量27.4t /h; 烟气降温段和升温段换热器的烟气侧阻力控制在200Pa以内。系统图见图1。

3 改造效果

3.1 改造前后对比

改造前后的技术参数对比表见表2。

3.2 改造后的运行效果

改造后SO₂排放低于28.4mg /Nm³ ． ; 尘: 尘排放低于4.5mg /Nm³ ． ; 环境温度15度以上时白色烟羽完全消失。夏天只需浆液冷却，无需加热即可消除白色烟羽。烟气排放连续监测日平均值月报表见表3。

3.3 环境温度对白色烟雨的影响

环境温度15度以上时白色烟羽完全消失。夏天只需浆液冷却，无需加热即可消除白色烟羽。

4 改造后效果

通过加装相变增益模块、增大每层浆液循环量、浆液冷却三个技术的结合，提高了脱硫效率，避免了提塔、串塔等复杂的工艺流程，节省了项目投资，缩短了项目工期。通过浆液冷却，利用凝并收尘的原理，脱硫塔出口尘浓度降低40%以上，近而降低了烟囱烟气的含尘浓度，稳定运行在4.5mg/Nm3以下。通过浆液冷却技术，降低烟气绝对湿度( 冬季收水3.79t/h，夏季2.82t/h) ，夏天只需浆液冷却后就可以消除白色烟羽，环境温度低时再加热5～8℃即可达到MGGH 加热30℃的效果。节能效果明显( 比MGGH路线节能2/3以上，节能1g/kWh以上) ; 能实现真正意义的减排，会析出大量的PH为7的水，在此过程中，大量的可溶盐( 降低80%左右) 、尘( 40%左右) 从烟气中带出。造价低，浆液降温路线可以比MGGH路线造价降低10%～30%; 比常规降温路线造价降低20%以上。工程实施简单，安装和检修可以在开机状态下进行，对主系统影响较小。

5 结论

现在《上海市燃煤电厂石膏雨和有色烟羽测试技术要求》明确了采用烟气加热技术的，正常工况下排烟温度应稳定达到75℃以上，冬季( 每年11 月至来年2 月) 和重污染预警启动时排烟温度应稳定运行到78℃以上; 采用冷凝再热技术且能达到消除石膏雨和白色烟羽同等效果的，正常工况下排烟温度应稳定达到54℃以上，冬季和重污染预警启动时排温度应稳定运行在56℃以上。天津市《关于进一步加强我市火电、钢铁等重点行业大气污染深度治理有关工作的通知》也明确了“通过采用相应技术降低烟气排放温度和含湿量”。冷凝路线得到了越来越多的关注和认可。浆液冷却技术在超低排放改造和烟羽治理中具有很好的节能、减排效果。

延伸阅读：

湿法脱硫燃煤机组“白色烟羽”节能治理