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1、锅炉湿法脱硫后脱白技术探讨1概述我国火电燃煤锅炉烟气 100%上了脱硫，其中超过90%采用湿法，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。抛开投资和运行成本问题不说，就算我国各种燃煤锅炉都达到超低排放水平，也不能彻底解决大气雾霾污染， 原因是现行标准规范有一大缺失，就是没有排放烟气湿度的控制指标，而这恰恰是形成雾霾的根源。反之如能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、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，提高燃煤效率，能兼顾解决 环境与发展的矛盾。本文
2、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(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
3、1所示,脱硫系统每小时消耗水 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，主要包括煤中原始含水、 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。图I某电厂xonww机含冃脱硫条纺水干鶴亍图其次是天然气燃烧，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, 不谈天然气的来源和价格问题，也不论天然气燃烧温度高导致排烟氮氧化物含量高，一个很大问题是每燃烧 1 单位体积的天然气
4、，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。仅此两项，我国放散湿烟气每年就人为增 加40 亿吨的水分进入大气。 加上钢铁、 化工等其它行业， 我国工业烟气排放总量超过 50 亿吨， 夹 带着达标后的残余污染物成分，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。由于烟气中的二氧化硫等污染成分降低，按照设计规范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
5、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80C以上排放。采用GGH再热器的优点是只需一组换热器，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单独布置， 成功解决了堵塞、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， 腐蚀更
6、突出， 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。总之，我国火电锅炉在实际大范围推广湿法脱硫过程中，原设计机组多拆除GG H ，新建基本不用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。有充分理由相信，按照我国现行大气污染控制标准，就算燃煤等相关行业都 完全达到超低近零排放标准时，也不能解决雾霾污染。据介绍， 湿烟气采用升温排放在一些发达国家是排放硬性标准， 比如德国的 大
7、型燃烧设备法 规定，烟囱入口温度不得低于 72 C英国规定排烟温度不得低于 80 C,日本规定排烟温度在 90-100 C 6。国外也确有一些企业采用湿烟气不除湿直排，但由于当地国燃煤总量少、分散、环境容量大， 不足于导致产生雾霾，也不应成为我国有关部门制定排放湿烟气的标准依据。不管什么有多少客观和人为原因，笔者坚持认为，我国火电等行业湿法脱硫采用不除湿脱白湿 排烟是一个技术路线和标准控制上的决策错误，是治理雾霾污染从法规标准层面必须纠正和增补的 决定性控制指标。4 湿烟气除湿脱白的新技术途径 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
8、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1。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湿jwr 的鲍称湿歴占沮度的对曲关剧洛堀=頃代县宪c占去kJQ5ft. 9E1O0 B61513 34201升125W303547.工号40G3. 274S1501 11 3551 IB. OO17 5盟7Q3597549SQ7巨ai大r届下温炯t的憧和含強量土，烟气旳和淘度的关泵将上表绘制成图2，图中的0点就是目前湿法脱硫后放散湿烟气的状态点：平均温度50 C、含湿
9、量为111.8g/Nm3。在湿烟气饱和含湿量不变的条件下，通过间接换热方式将烟气温度升高到 80C,则烟气的相对湿度就从100%笔低到16%,成为干烟气排放，属于升温除湿，见图中 OA线。采用GGH、MGGH升温除湿，尽管分别存在换热器堵塞、腐蚀、串烟、造价高、安装空间紧张、增 加阻损导致系统能力不足或电耗增加，但只要企业和有关标准管控部门认同湿烟气除湿脱白对产生 雾霾污染的重要相关性，推广升温除湿脱白从技术和操作管理层面是没有问题的，需要增加投资和 运行成本也是事实，存在环境治理与经济效益之间的矛盾。图足那烟气加口舍温呈与葩和制度栄奈曲聚随着相关技术的进步，通过尝试新的除湿脱白技术来解决这一
10、矛盾已经具备条件，在我国有必 要研发相反方向的湿烟气除湿脱白技术途径，就是冷凝除湿为主的混合除湿技术，如图 OB 所示： 将脱硫后50oC湿烟气深度冷凝冷却到 250以下，也就是大气平均温度，如能进一步冷却到150, 然后再升温到25 C效果更好。采用湿烟气混合冷凝除湿脱白有技术有以下特点：湿烟气的饱和含湿量从 111.8 降低到 26g/Nm3 以下， 与大气含湿量接近， 实践证明可以实现除 湿脱白，从而有助于解决我国的大气雾霾污染。回收湿烟气中的冷凝水，吨煤燃烧排烟水分减少 0.8 吨以上。前述 300MW 机组小时可回收冷 凝水 80 吨，年回收 80 万吨以上。 全国脱硫预计年回收超过
11、四十亿吨水， 超过全国海水淡化的总量， 脱硫不仅不耗水，还能回收煤中的大部分水份，经过适当的处理后为脱硫或锅炉提供补充水，应该 被视为一个新的非常规水源。湿烟气中含有一定的余热， 每立方米干烟气的余热量 228kJ ，大致相当于燃煤低发热量的 10%， 回收用于民用采暖、热水、制冷或低温发电，预期可抵顶除湿成本。冷凝除湿还有一个重要作用，就是可以将残留的细颗粒粉尘、二氧化硫、酸、重金属等大部分 污染成分大部分冷凝进入排水中，是实现燃煤锅炉放散烟气低成本达标、甚至超低近零排放的可选 择技术之一。5 相关问题讨论 湿烟气冷凝除湿脱白技术与升温除湿技术虽然温差变化接近，但冷凝所需的冷量却是升温所需热
12、量的近 6 倍，主要是湿烟气中所含水蒸汽的冷凝潜热。同样冷凝除湿从技术层面是没有问题的， 并且有多种不同冷凝工艺可供选用，关键也是投资多少、是否经济。研究表明，要使冷凝除湿脱白 技术经济可行，首先必须解决大量廉价冷源，二是低温余热和冷凝水必须得到充分利用，三是换热 器的选择需要合理实用，分别讨论如下：廉价冷源：要采用冷凝冷却就必须有低于目标温度5C 左右的冷源，仅从除湿脱白角度考虑，应优先选择自然冷源，比如江河海地下水、北方寒冷地区冬季的冷空气，如果自然冷源不足或从回 收利用余热的角度，就必须采用人工冷源，比如蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵等，在提高6 C左右空调冷冻水的同时，可以回收低温余热。低
13、温余热的用途：电厂、钢厂等低温热源的热量一定是富裕的，应该优先内部利用，但也必须 考虑外供社区民用，比如洗浴、医院、学校、酒店、人工游泳池和景观等民用热水是一年四季都需 要，但相比余热量，需求量远远不足，而北方民用采暖和南方夏季空调等季节性需求量巨大，而且 所需能量品质也低，是低温余热比较适合的用途，采用120 C20 C大温差供热输送距离达到 100km也比燃煤成本低，而与燃气供热比可以输送 300km。余热需求不均衡可以通过 ORC、CO2等低温余 热发电平衡。换热器的选择：锅炉空气余热器出口烟气130-150 C,采用低低温技术的降温换热器冷却到90 C是合理的，换热器本身存在的腐蚀问题
14、可以通过选择耐腐蚀合金、氟塑料、玻璃、碳化硅陶 瓷管等换热器解决,对后部干式电除尘器可以存在的腐蚀可以采用在换热器入口增加喷煤粉、石灰粉等增大灰硫比的方法预防。降温换热器应该大力推广，因为不仅回收的余热品质高，更主要的是 对于电除尘器实现超低排放、除酸、除二噁英、除重金属等有害成分都有效果，而这些有害成分最 好在脱硫前去除，以提高脱硫产物的品质。90C 以下的冷却也要综合比较，优先选择间接换热器冷却，以提高回收余热温度和减少制冷量，可以考虑采用增加喷水的混合冷凝技术提高换热器换热效 率减少换热面积，同时低成本防腐蚀放和防结垢。而对于采用换热器不经济的温度区域，可以采用 直接喷淋冷凝的方法。低温
15、冷却的方式： 如前所述， 对于 90C 以下的低温湿烟气， 所含余热量大部分是水蒸汽的冷凝 潜热，冷却方式可以比较选择： 直接膨胀式热泵蒸发器、 低温空调冷水间接水水换热和 / 或喷淋冷却， 需要结合用户的冷源种类和余热用途综合优化选择。与湿式静电除尘除雾器的配合使用：湿式静电除尘器是净化湿烟气的理想终端除尘器，还是顶 级除雾器， 可以确保实现超低近零排放， 但目前设置在脱硫塔机箱除雾器后部， 入口烟气温度在 50 oC,设备造价浪费，因为大约20%勺电场面积是用于处理水蒸汽，水蒸汽冷凝液PH值1-3产生低温腐蚀是造价高的主要原因，而且是否能长期稳定运行也有疑问。将冷凝冷却布置在湿电前对湿烟 气进行预处理可以解决许多问题,甚至有可能不用湿电也能实现超低排放和除湿脱白,烟囱也不再 需要防腐。结论与建议1. 为了彻底根除雾霾污染, 火电行业大气污染控制标新国标 (GB13223-2011) 必须增加排烟温湿度控制指标要求，以实现排放烟气的除湿脱白处理，首先采用成熟的升温80 C除湿脱白技术，2.
