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燃煤電廠煙氣脫白技術研究

來源:杭州新藍—煙氣脫白 發布日期:2022.08.09

自2017年中以來,許多地方發布了地方標準和政策要求,明確規定了治理白煙羽毛的具體指標和完成時間,如2017年6月6日《上海燃煤電廠石膏雨及有色煙羽毛試驗技術要求(試行)》“有色煙羽污染是近年來上海關注的環境影響因素。適宜的環境條件:場地地面環境濕度低于60%,溫度高于17%℃。”2017年8月28日,浙江省《燃煤電廠大氣污染物排放標準》(征求意見稿)要求“城市和環境空氣敏感區的燃煤電廠應采取有效措施,消除石膏雨、白煙現象。”未明確指出其他相關指標;2018年3月《唐山市2018年3月》“十項重點工作”工作任務:指出生態環境保護工作“2018年完成17家燃煤電廠(含自備電廠、煤炭等能源混燒電廠)濕法脫硫煙氣“脫白”治理”。地方政府出臺的消除白煙政策表明,消除煙囪排放白煙已成為未來發電企業亟待解決的問題。

煙羽的形成

發電廠煙囪排放的煙氣外觀為羽毛狀,因此得名“煙羽”。煙氣在煙囪口排入大氣的過程中,由于溫度降低,煙氣中的一些氣態水和污染物會凝結,煙囪口會形成霧狀水蒸氣。由于天空背景和天空光線,霧狀水蒸氣會觀察角度和SO3.氣溶膠發生光化學反應等原因,顏色發生細微變化,形成“有色煙羽”。通常是白色、灰白色或淺藍色。

取消濕法脫硫燃煤發電機組GGH(煙氣再熱系統)后,煙囪排煙溫度為45-60℃在此之間,處于濕飽和狀態。脫硫除霧器不能有效去除煙氣中小于22μm霧滴,霧化石灰石漿碰撞后產生少量直徑15μm因此,煙氣中不可避免地攜帶石膏漿。簡單的白色/有色煙羽現象只是水蒸氣凝結后形成的現象,對環境影響不大,相當于冷卻塔出口的霧氣;有害的是煙氣中攜帶的各種氣體、氣體、水分和細小煙塵凝結的氣溶膠。SO?硫酸氣溶膠在大氣中形成PM2.5、導致霧霾加重。如果形成石膏雨,會對周圍居民的生活和電廠的生活產生不良影響。

影響煙羽的因素

環境溫度是影響煙羽形態的重要因素

隨著環境溫度的降低,煙羽長度呈指數級增長,說明環境溫度越低,濕煙羽處理難度越大,如圖1所示。

燃煤電廠煙氣脫白技術研究

                                               圖1環境溫度對白煙長度的影響

環境相對濕度也是煙羽的影響因素之一

當環境相對濕度較高時,濕煙羽中的水分難以及時擴散,濕煙羽長度指數關系急劇增加,煙羽影響范圍增加,濕煙羽處理難度增加,如圖2所示。

燃煤電廠煙氣脫白技術研究

                        圖2環境濕度對白煙長度的影響

煙氣脫白技術路線

高溫煙氣在進入吸收塔前處于不飽和狀態。進入吸收塔后,煙氣與漿液不僅在接觸過程中發生化學反應,還伴隨著混合傳熱過程。煙氣冷卻釋放熱量,將漿液中的水分蒸發成水蒸氣吸收熱量。隨著傳熱過程的繼續,煙氣中的水蒸氣含量增加,直到出口煙氣溫度接近飽和。因此,吸收塔入口處的煙氣溫度越高,釋放的熱量越多,漿料的熱吸收產生的水蒸氣越多。煙氣蒸發水量直接關系到量、出口煙氣溫和含水量直接相關。

如圖3所示,曲線左側為煙氣過飽和狀態,即白煙產生區;右側為煙氣不飽和狀態,即無白煙區[4]。吸收塔凈化后,煙氣為飽和濕煙氣(或近似飽和),此時狀態位于曲線上。在煙氣溫度持續下降的過程中,濕度緩慢下降,其含濕量始終處于過飽和狀態,冷凝液不斷產生,對應曲線左側的過飽和區。當煙氣溫度逐漸降至環境溫度,含濕量降至環境溫度飽和狀態以下,處于非飽和狀態時,白色煙羽消失。

燃煤電廠煙氣脫白技術研究

                    圖3硫塔出口煙氣濕度及溫度變化曲線

煙氣加熱

⑴回轉式GGH通過轉子中的傳熱元件在原煙氣中吸收熱量,在凈煙氣中釋放熱量,通過轉子緩慢連續旋轉,傳熱元件交替吸收,釋放熱量,實現凈煙氣的加熱。由于技術投資高,阻力大(約1000到15000Pa);增加煤耗約0.5到1.0/(kWh);不能控制GGH進出口煙氣溫度;煙氣熱量在高負荷下浪費較多;泄漏率約為1%。SO2超低排放影響大;漏風率高,原煙氣SO2濃度高,影響SO2達標排放,冬季氣溫低時不能消除大白煙。

⑵管式GGH從除塵器出口到吸收塔的高溫煙氣(130℃-150℃)加熱脫硫后的凈煙氣。凈煙氣通常加熱到80%℃大約,然后排放。由于技術投資高,阻力大(約500-6000Pa);增加煤耗約0.6/(kWh);不能控制GGH進出口煙氣溫度;高負荷煙氣熱浪費較多;塑料換熱管和煙道接口泄漏,密封需要特殊設計,否則0.冬季氣溫低時,4%的漏風率不能消除大白煙。

⑶MGGH,日本三菱開發的濕式石灰石-石膏煙氣脫硫工藝采用無泄漏管式水媒加熱器(MGGH)也就是說,原煙氣加熱水,然后用加熱水加熱脫硫后的凈煙氣。該技術不存在煙氣泄漏問題,技術成熟,應用性能多,但投資高,阻力大(約800-1000Pa);增加煤耗約0.8到1g/(kWh),應采用合理的材料和設計方法,防止磨損和腐蝕。部分熱量可通過系統優化設計有效利用;低負荷需要配套蒸汽加熱裝置;冬季低溫不能消除白煙,不建議采用該技術。

煙氣混合

⑴熱二次風混合加熱,由于技術阻力小,投資成本低;二次風量增加10%至20%;鍋爐效率下降00.煤耗增加15%左右.5~2g/(kW·h);熱二次風會攜帶部分煙塵,增加凈煙氣粉塵濃度,影響煙塵排放和鍋爐效率。

⑵燃氣直接加熱,運行成本高;會增加煙氣中的污染物,影響煙塵等污染物的排放,運行成本高。

煙氣冷凝

⑴噴淋降溫+除霧。該技術的噴水會攜帶污染物,不應直接排放,需要循環冷卻,冷卻范圍小時,美白效果不明顯,不建議使用該技術。

⑵冷凝換熱器,煙氣在換熱器入口處處于過熱狀態,隨著煙氣溫度的降低,當靠近墻面的煙氣局部溫度低于煙氣中水蒸氣飽和溫度的露點溫度時,水蒸氣因過飽和而凝結在墻上。冷凝液滴不斷聚集,最終在墻上形成一層液滴,聚集在提水收集器中。該技術需要冷卻范圍大,冷卻范圍小時,美白效果不明顯。

冷凝換熱器+煙氣再熱

該技術適用范圍最廣。首先冷凝除濕凈煙氣,降低煙氣中水分的比例。然后適當加熱煙氣的小溫度,然后送到煙囪排放。加熱方法可以選擇GGH或者MGGH,該技術需要循環冷卻來節省大量的水;煙氣加熱范圍較低,尤其是在冬季;可完全消除白煙現象。

新藍能源煙氣脫白技術

一般采用燃煤電廠MGGH消白工藝路線,即冷凝再加熱煙氣脫白,MGGH該系統以水為媒介,通過水循環吸收脫硫前高溫煙氣的熱量,加熱脫硫后的凈煙氣,提高煙氣溫度,提高煙氣排放高度,降低污染物落地濃度。MGGH系統由煙氣冷卻器和煙氣再熱器組成,配有循環泵和相應的水管。系統還配備了穩壓、加藥、補水裝置,確保系統安全穩定運行。

燃煤電廠煙氣脫白技術研究

結束語

煙氣除白技術建議采用冷凝再加熱的煙氣除白技術路線將是未來消除有色煙羽的首選技術路線。在滿足環保指標的前提下,滿足場地和經濟限制,合理選擇煙氣除白技術對電廠具有重要意義。

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