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濕煙羽治理
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產(chǎn)品描述
參數(shù)
一、濕煙羽的定義
煙囪排出的飽和濕煙氣與溫度較低的環(huán)境空氣接觸時(shí)，在煙氣降溫過(guò)程中，煙氣中所含水蒸氣過(guò)飽和凝結(jié)，凝結(jié)水滴對(duì)光線產(chǎn)生折射、散射，從而使煙羽呈現(xiàn)出白色或者灰色，稱其為“濕煙羽”(俗稱“大白煙”)。重點(diǎn)提示：濕煙羽是羽毛的羽，不是下雨的雨。不是石膏雨!不是煙囪雨!
二、濕煙羽形成機(jī)理
如圖所示為濕空氣的飽和曲線，假設(shè)濕煙氣在煙囪出口處的狀態(tài)位于F點(diǎn)，煙氣在離開(kāi)煙囪時(shí)處于未飽和和狀態(tài)。濕煙氣與環(huán)境空氣混合過(guò)程開(kāi)始沿AB線變化，達(dá)到B點(diǎn)后煙氣變?yōu)轱柡蜐駸煔?，此后濕空氣與環(huán)境空氣的混合沿著曲線BDE變化，而多余的水蒸汽將凝結(jié)成液態(tài)小水滴，形成濕煙羽. 根據(jù)濕煙羽形成及消散的機(jī)理，可將現(xiàn)有的對(duì)濕煙羽有治理效果的。
技術(shù)歸納為：
1、煙氣加熱技術(shù)，典型的GGH、熱管式GGH、MGGH、蒸汽加熱器等；
2、煙氣冷凝技術(shù)，典型的新建噴淋塔、水冷源、空氣冷源和其他人工冷源；
3、煙氣冷凝再熱技術(shù)，兩種技術(shù)組合應(yīng)用，從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，單純的加熱和冷凝方式都有各自的限制，加熱受到原煙氣煙溫條件的限制，冷凝受到環(huán)境空氣、水溫度的限制。在此條件下若采用冷凝再熱技術(shù)，將加熱和冷凝結(jié)合起來(lái)使用，則可擴(kuò)大系統(tǒng)濕煙羽消除對(duì)環(huán)境溫濕度的適應(yīng)范圍。
三、 濕煙羽主要治理技術(shù)
目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)鍋爐、窯爐的煙氣在排放前都進(jìn)行了濕法脫硫，溫度降至45-55℃，焦?fàn)t脫硫煙氣達(dá)到65℃，此時(shí)的煙氣通常是飽和濕煙氣。煙氣由煙囪直接排出，進(jìn)入溫度較低的環(huán)境，在煙氣溫度降低過(guò)程中，煙氣中的水蒸汽會(huì)凝結(jié)形成濕煙羽。
根據(jù)濕煙羽形成及消散的機(jī)理，可將現(xiàn)有的對(duì)濕煙羽有治理效果的技術(shù)歸納為煙氣加熱技術(shù)、煙氣冷凝技術(shù)、煙氣冷凝再熱技術(shù)。目前電力行業(yè)內(nèi)已有投運(yùn)的煙氣冷凝和煙氣冷凝再熱技術(shù)，大多數(shù)并非針對(duì)濕煙羽的治理，主要目的是減排、收水、節(jié)水。其技術(shù)指標(biāo)尚未結(jié)合濕煙羽的消除來(lái)制定，但在客觀上還是起到了濕煙羽治理的效果。
一些燃煤電廠所采用濕式電除塵器、煙道除霧器、聲波除霧、煙囪收水環(huán)和除霧器等技術(shù)雖可去除煙氣的凝結(jié)水，但由于煙氣凝結(jié)水在煙氣中水汽的占比十分有限(不到1‰)，因此去除煙氣的凝結(jié)水只能減輕“濕煙羽”，不能有效消除濕煙羽，本文不做深入研究。此外，還有采用冷卻塔排放的方式可以實(shí)現(xiàn)濕煙羽治理，但更適用于新建機(jī)組，不適合現(xiàn)役機(jī)組改造，本文亦不對(duì)此深究。
四、煙氣加熱技術(shù)
煙氣加熱技術(shù)是對(duì)脫硫出口的濕飽和煙氣進(jìn)行加熱，使得煙氣相對(duì)濕度遠(yuǎn)離飽和濕度曲線。濕煙羽消除機(jī)理如圖2所示，濕煙氣初始狀態(tài)位于A點(diǎn)，經(jīng)過(guò)加熱后按AB升溫，再沿BC摻混、冷卻至環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)C，整個(gè)ABC變化過(guò)程均與飽和濕度曲線不相交，因此不產(chǎn)生濕煙羽。
前在役的加熱技術(shù)按換熱方式分為兩大類：即間接換熱與直接換熱。間接換熱的主要代表技術(shù)有：回轉(zhuǎn)式GGH、管式GGH、熱管式GGH、MGGH、蒸汽加熱器等。直接換熱的主要代表技術(shù)有：熱二次風(fēng)混合加熱、燃?xì)庵苯蛹訜?、熱空氣混合加熱等。各加熱技術(shù)若按實(shí)現(xiàn)濕煙羽治理的同等技術(shù)指標(biāo)，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比情況如表1所示。
直接加熱的技術(shù)雖一次投資較低，但因其熱源并非利用煙氣余熱，運(yùn)行費(fèi)用太高，作為濕煙羽治理的手段代價(jià)過(guò)大，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中案例也極少。間接加熱技術(shù)中，回轉(zhuǎn)式GGH與管式GGH均有不同程度漏風(fēng)¨，在中國(guó)燃煤電廠超低排放的大環(huán)境條件下，作為濕煙羽治理手段，其應(yīng)用也受到限制。熱管式GGH大型化后，將使吹灰器布置有一定難度，且加大了占地面積引，在大機(jī)組上暫無(wú)應(yīng)用。蒸汽加熱的方式同樣因熱源問(wèn)題能耗過(guò)高。因此，結(jié)合時(shí)下煙氣超低排放及節(jié)能的要求，MGGH若作為濕煙羽治理的手段之一，具有最廣闊的應(yīng)用前景。
五、煙氣冷凝技術(shù)
煙氣冷凝技術(shù)是對(duì)脫硫出口的濕飽和煙氣進(jìn)行冷卻，使得煙氣沿著飽和濕度曲線降溫，在降溫過(guò)程中含濕量大幅下降。濕煙羽消除機(jī)理如圖3所示。濕煙氣初始狀態(tài)位于A點(diǎn)，經(jīng)過(guò)降溫后按AF冷凝，再沿Fc摻混、冷卻至環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)C，F(xiàn)C變化過(guò)程與飽和濕度曲線不相交，因此不產(chǎn)生濕煙羽。
燃煤電廠目前已有煙氣冷凝的主要代表技術(shù)有：相變凝聚器、冷凝析水器、脫硫零補(bǔ)水系統(tǒng)、煙氣余熱回收與減排一體化系統(tǒng)等，其特點(diǎn)如表2所示。從這些技術(shù)命名可以看出其功能主要考慮的是減排、收水、節(jié)能等，在原理上來(lái)說(shuō)，各類技術(shù)都是對(duì)脫硫后凈煙氣進(jìn)行降溫，符合了圖3的機(jī)理，這些技術(shù)已在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中起到了濕煙羽治理的效果。
冷凝技術(shù)按換熱方式主要分為兩大類：間接換熱和直接換熱。直接換熱主要采用新建噴淋塔作為換熱設(shè)備，有一定占地要求，冷媒與凈煙氣直接接觸，換熱效率高，但需要對(duì)冷媒水系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充加藥控制PH值，系統(tǒng)較復(fù)雜。間接換熱多采用管式換熱器作為換熱設(shè)備，冷媒與凈煙氣不直接接觸，系統(tǒng)較簡(jiǎn)單。
根據(jù)冷源的不同冷凝技術(shù)又分為：水冷源、空氣冷源和其他人工冷源。其中水冷源所構(gòu)成的循環(huán)水系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單，僅配置泵和循環(huán)管路，通常是開(kāi)式循環(huán)。運(yùn)行費(fèi)用最低、占地小。采用空氣冷源的系統(tǒng)通常循環(huán)水系統(tǒng)中需配置冷卻塔，系統(tǒng)較水冷要復(fù)雜、占地大，新增的冷卻塔會(huì)在靠近地面成為新的白煙生成源。其他人工冷源，如熱泵，占地面積大，能耗高(以蒸汽溴化鋰熱泵為例，每交換1MJ熱量需要消耗0．7MJ蒸汽)。以環(huán)境空氣、江河海水作為冷源的系統(tǒng)，其冷源的品質(zhì)受季節(jié)影響較為明顯，以華東地區(qū)為例，冬季和夏季環(huán)境溫度相差20—30度，因此同一套系統(tǒng)不同季節(jié)的冷凝效果會(huì)有較大差別。
煙氣冷凝技術(shù)對(duì)脫硫后濕煙氣冷卻，使得煙氣中大量的氣態(tài)水冷凝為液滴，在此過(guò)程中能夠捕捉微細(xì)顆粒物¨、SO等多種污染物。因此，煙氣冷凝技術(shù)作為濕煙羽治理的手段，不僅能夠?qū)Π谉熛辛己眯Ч€可以實(shí)現(xiàn)煙氣多污染物聯(lián)合脫除，冷凝水可作為脫硫補(bǔ)水使用。
六、煙氣冷凝再熱技術(shù)
煙氣冷凝再熱技術(shù)是前述兩種方式組合使用。它的濕煙羽消除機(jī)理如圖4所示，濕煙氣初始狀態(tài)位于A點(diǎn)，經(jīng)過(guò)降溫后按AD冷凝，再沿DE加熱，然后沿EC摻混、冷卻至環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)C，EC變化過(guò)程與飽和濕度曲線不相交，因此不產(chǎn)生濕煙羽。濕煙羽的消散機(jī)理顯示，環(huán)境濕度、環(huán)境溫度對(duì)濕煙羽的形成及規(guī)模有較大影響¨。理論上，在給定的環(huán)境溫濕度條件下，若不計(jì)代價(jià)，加熱技術(shù)和冷凝技術(shù)都能實(shí)現(xiàn)濕煙羽的消除(加熱溫度足夠高，冷凝溫度足夠低)，但根據(jù)燃煤電廠的實(shí)際情況，從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，單純的加熱和冷凝方式都有各自的限制，加熱受到原煙氣煙溫條件的限制，冷凝受到環(huán)境空氣、水溫度的限制。在此條件下若采用冷凝再熱技術(shù)，將加熱和冷凝結(jié)合起來(lái)使用，則可擴(kuò)大系統(tǒng)濕煙羽消除對(duì)環(huán)境溫濕度的適應(yīng)范圍。
例如，濕法脫硫后的飽和濕煙氣溫度為50％，綜合考慮到冷熱源選取條件、換熱溫差等因素，加熱法對(duì)煙氣升溫幅度按不超過(guò)30"12，冷凝法對(duì)煙氣煙氣降溫幅度不超過(guò)25％。上述條件下，這三類技術(shù)濕煙羽治理效果對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)情況，見(jiàn)圖5。
適用范圍界線以上部分為各類技術(shù)的濕煙羽消除區(qū)域，顯然，降溫再熱技術(shù)對(duì)環(huán)境條件的適用范圍遠(yuǎn)大于單純的加熱技術(shù)和冷凝技術(shù)的適用范圍。當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度80％時(shí)，加熱技術(shù)能在環(huán)境溫度大于15℃時(shí)消除濕煙羽；降溫技術(shù)能在環(huán)境溫度大于9~C時(shí)消除濕煙羽；冷凝再熱技術(shù)能在環(huán)境溫度大于一6．5cC時(shí)消除濕煙羽。
幾種典型應(yīng)用
1、鍋爐及工業(yè)窯爐
脫硫煙氣出口溫度在45-55℃，煙氣溫度和濕含量較低，可采用直接加熱或直接冷凝技術(shù)，也可采用循環(huán)水冷卻或空冷，然后利用煙氣余熱采用GGH或MGGH換熱，實(shí)現(xiàn)煙氣脫白；冷凝水做脫硫工藝水補(bǔ)充，不破壞脫硫水平衡。
2、鋼廠燒結(jié)機(jī)及豎爐
脫硫煙氣出口溫度在55-60℃，煙氣濕含量相對(duì)較高，同時(shí)煙氣量大，采用循環(huán)水冷降溫除凝，將煙氣溫度降至40-45℃，然后采用MGGH利用煙氣余熱加熱脫白；冷凝水做脫硫工藝水補(bǔ)充，不破壞脫硫水平衡。
3、焦?fàn)t
脫硫煙氣出口溫度高達(dá)65℃，煙氣含濕量大，采用循環(huán)水冷降溫除凝，將煙氣溫度將至45℃左右，然后采用GGH或MGGH，利用余熱加熱濕煙氣，蒸汽做補(bǔ)充，煙氣直排或回原煙囪熱備；產(chǎn)生大量冷凝水，簡(jiǎn)單處理循環(huán)使用。
典型工藝路線：
使用情況：
首鋼集團(tuán)公司X焦化公司配合低溫脫硝、氨法脫硫，采用GGH技術(shù)利用煙氣余熱實(shí)現(xiàn)脫硫煙氣脫白，于2017年4月投入 運(yùn)行，效果良好。 
首鋼集團(tuán)某焦化公司煙氣脫白GGH技術(shù)應(yīng)用
關(guān)鍵詞:
濕煙羽治理、煙羽治理、煙氣脫白、煙氣治理、脫硫脫硝
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