燃煤電廠煙氣濕煙羽消除技術研究

孟 維（大唐環境產業集團股份有限公司 北京 100098）

引言

我國燃煤電廠煙氣脫硫基本上均使用濕法脫硫工藝，在脫除煙氣中二氧化硫的同時，煙氣溫度降低到約50±5℃，并且大量液態水氣化進入煙氣中。煙囪排出的飽和濕煙氣與較低溫度的環境空氣發生接觸，煙氣溫度降低，煙氣中所含水蒸氣隨之過飽和凝結，而凝結的水滴對光線產生折射、散射，從而使煙羽呈現出白色或者灰色，稱為“濕煙羽”[1]（俗稱“白色煙羽”、“大白煙”等）。

從本質上講，“濕煙羽”就是濕煙氣中水汽凝結而產生的水霧。濕煙羽從煙囪排放時，不僅造成視覺污染，而且煙氣中凝結出的水滴也會夾帶一定量的溶解鹽和污染物，也會對周邊環境造成一定的污染[2]。因此研制出經濟高效的消除煙氣濕煙羽的工藝顯得尤為重要。

1 濕煙羽治理原理

判斷是否產生白色煙羽的方式[3]：確定室外空氣的狀態點以及煙囪出口的狀態點，將兩個狀態點在焓濕圖上連成一條直線，如圖1，看直線是否與等100%相對濕度線是否有交點，若有交點則認為有冒白現象，若無交點則認為無冒白現象。

圖1 濕煙羽治理技術原理圖

當前，其實并沒有統一的專門治理濕煙羽的技術，但是根據“濕煙羽”的消除的基本原理成因，“濕煙羽”治理技術可分為三大類：煙氣加熱技術、煙氣冷凝技術、煙氣冷凝再熱復合技術。

2 煙氣加熱技術

煙氣加熱治理濕煙羽技術的原理是降低相對濕度（加熱煙氣）提升煙氣溫度和過熱度，降低煙氣相對濕度，延長凝結水出現時間，控制凝結水濃度，消除白色煙羽。

煙氣再熱技術可分為兩大類[4]：（1）A-B路線即煙氣換熱再熱技術，特點是煙氣質量流量和含濕量不變，煙溫升高。如回轉式GGH、MGGH、管式 GGH、熱管換熱器、蒸汽換熱器等。（2）AG路線即煙氣混合再熱技術，特點是煙氣溫度升高的同時，煙氣質量和含濕量也相應變化。如熱二次風或熱空氣混合加熱等。

國內早期電廠大多采用從德國引進的回轉式GGH技術，該技術是通過位于轉子中的傳熱元件在原煙氣中吸收熱量，然后將熱量傳遞給凈煙氣，傳熱方式是通過轉子的緩慢連續旋轉。回轉式GGH除了存在腐蝕和堵塞問題外，泄露也是存在的主要問題，在超低排放改造中基本被拆除。

上世紀80年代日本開始采用MGGH技術治理“濕煙羽”，該技術不存在煙氣泄露等問題，在浙能等電廠超低排放改造中得到大量應用[5]，也是目前最主流的技術。其基本工藝為：用原煙氣加熱熱媒水，然后用熱媒水加熱脫硫后的凈煙氣。MGGH一般有煙氣降溫段和煙氣再熱段兩部組成，中間媒介水一般采用閉式循環。閉式循環水系統即循環水在煙氣降溫段和再熱段之間循環，在低負荷時采用蒸汽或其他熱源加熱循環水后再進入煙氣再熱段換熱器。MGGH材質一般選用氟塑料，其具有優異的耐腐蝕性能，并且不積灰，不結垢，易清理，耐溫耐壓性能良好，但是材料成本較高；金屬材質，價格較低，但耐腐蝕性能較差。

也有少數電廠采用管式GGH（如渭河電廠）、熱管換熱器（如蘇州熱電）等技術提高凈煙氣溫度[6-8]。管式GGH原理與管式空預器類似，考慮煙氣的結垢性等因素，原煙氣走管程，凈煙氣走殼程，煙氣通過換熱管換熱，實現了對凈煙氣的加熱，該技術設計時要充分考慮泄露、積灰等問題，并且安裝過程需要較為寬松的空間。熱管換熱器是利用熱管技術設計、制造的利用熱煙氣余熱加熱冷煙氣的換熱設備，但是該技術運行一段時間后會存在較為嚴重的腐蝕問題。這些技術都存在一定問題，實際應用業績少，投運時間都不長。

蒸汽換熱器技術通過來自機組蒸氣的熱量通過管-殼式換熱器直接傳給飽和煙氣。由于存在能耗高、經濟性差等問題，現在一般作為MGGH等技術的輔助加熱裝置。

也有電廠采用熱二次風等煙氣再熱技術抬升煙氣溫度，治理“濕煙羽”和“石膏雨”[6]，原理是將鍋爐二次風直接注入脫硫塔凈煙道中，熱二次風與脫硫凈煙氣相混合，從而加熱煙氣溫度，提升煙氣抬升高度。但是該技術存在二次風煙塵攜帶問題。

3 煙氣冷凝治理濕煙羽技術

煙氣冷凝治理濕煙羽技術的原理為減少煙氣排濕量（冷卻煙氣）降低煙氣溫度和絕對濕度，降低絕對含濕量，減緩凝結水形成，消減白色煙羽。

煙氣冷凝技術，即圖1中A-F路線：特點是煙氣溫度降低到一定值，煙氣中的水大量凝結析出，煙氣直接排放而不發生“濕煙羽”現象。主要分為間接冷凝技術和直接冷凝技術。

3.1 間接冷凝技術

3.1.1 漿液冷凝技術

該技術是在脫硫吸收塔頂層噴淋層或次頂層循環泵出口管道上布置漿液換熱器，利用循環水在漿液換熱器內降低頂層或次頂層噴淋層漿液溫度，降溫后的漿液對吸收塔內的飽和煙氣進行降溫除濕，煙氣中的水分析出，實現減少排濕量、節水，從而實現減弱煙羽的形成。該技術也可以有效地減少煙氣中的粉塵和可溶性鹽。

漿液冷凝相變技術主要技術特點：安裝方便，可不停機施工，工期短，不增加煙道的阻力，降低凈煙氣中微細顆粒物、SO3等多種污染物，減排、收水、節能。但是煙氣中冷凝水會進入吸收塔內，需要解決原脫硫系統水平衡問題。

3.1.2 煙道冷凝煙氣技術

在脫硫后煙道中安裝煙道冷凝換熱器，通過循環水在煙道換熱器換熱降低煙氣溫度，實現降低脫硫后煙氣含濕量，消除有色煙羽。

在脫硫吸收塔出口煙道布置煙道冷凝器和水捕集器。煙道冷凝器用于降低煙氣飽和溫度，析出水份，水捕集器用來捕集煙氣中的水份，同時配以煙氣再熱裝置以提高排煙溫度。煙道冷凝器管束需水平布置，有利于凝結水析出。

煙道冷凝煙氣技術主要特點是不會影響原脫硫系統水平衡，但是煙道冷凝器水平布置，易于積灰，且增加了脫硫系統阻力，并且改造工期長。

3.1.3 煙氣冷凝的水源

根據冷卻水的循環方式，可分為開式循環和閉式循環。一般采用電廠循環水，但是有開式冷卻水的項目，優先選擇開式冷卻水。

開式循環即冷卻水經過冷凝換熱器被加熱后直接排放或進入其他水系統。該方式的缺點是需要有大量的水源，同時被升溫的水要有排放口，電廠要靠近水源地（如江、海）。優勢是能耗主要是水泵以及煙道阻力引起的風機能耗增加。煙氣冷卻效果主要取決于江水或海水的溫度。

閉式循環水，即冷卻水經過煙氣冷凝換熱器被加熱后，通過電廠冷卻塔將冷卻水降溫，然后循環再次進入煙氣冷凝器。冷卻水一般采用除鹽水。該方式適用范圍廣。但是該方式會增加冷卻塔的能耗，因此整個系統能耗大大增加。且煙氣冷卻效果受環境空氣的溫度和濕度、冷卻塔的出力影響很大，煙氣溫度降低效果不如開式冷卻水。

3.2 直接冷凝換熱技術

直接冷凝換熱技術一般通過在脫硫后增設冷卻塔（或在脫硫塔除霧器上部），通過噴淋水降溫方式降低煙氣溫度，噴淋水收集后經過冷卻裝置降溫后再次進入噴淋系統。由于噴淋水對煙氣有洗滌作用，煙氣中的煙塵、SO3等會進入噴淋水中，因此需要定期對噴淋水進行加藥、澄清等處理。該技術特點：直接換熱效率高，投資成本低，對脫硫后凈煙氣中的污染物有二次脫除作用，但是本技術適用于場地條件較好的電廠，適用于缺水地區電廠。

4 煙氣冷凝再熱復合技術

煙氣冷凝再熱復合技術，如圖1A-D-E：該技術是煙氣冷凝技術和煙氣再熱技術的有機整合。通過冷凝換熱方式使得煙氣溫度降低，煙氣實現過飽和，煙氣中飽和水汽析出成凝結水，通過多種機理實現節水、多污染物去除等多種目的。由于煙氣含濕量大幅降低，煙氣再熱的幅度會大大降低，這樣可降低煙氣再熱熱源的消耗，而且可以采用品質更低的熱源加熱，這可以大大降低機組的能耗。

由于冷凝裝置一般與再熱裝置是兩個獨立系統，冷凝與加熱技術可根據實際情況選擇前述各種方式互相組合。煙氣冷凝根據換熱方式可采用直接換熱冷凝和間接換熱冷凝；根據冷源可分為水冷、空冷、熱泵冷卻；根據冷源循環方式可分為開式循壞和閉式循環。煙氣再熱技術理論上可以采用任何可行的技術與冷凝技術配合，實際設計時可根據現場實際條件采用最適宜的煙氣再熱方式。一般在選擇時：首先要滿足煙氣溫度增加幅度的需要；其次要防止煙氣泄露等問題。

結語

在方案設計時，根據不同項目具體改造按要求和實際情況選擇不同的技術方案，要考慮技術可實施性、性能可靠性、投資與運行費用等多種因素考慮，主要是有煙氣冷凝、再熱、煙氣冷凝+再熱三種技術路線。如當環境溫度低于15℃時，常規加熱到75℃到80℃時，仍然會有煙囪白煙深度現象。因此，選擇煙氣冷凝+再熱技術路線較為適宜。煙氣再熱技術的選擇根據現場場地、環保要求、投資、阻力等多種因素綜合考慮確定。煙氣冷凝技術要充分考慮冷卻水源、場地要求等因素。