鍋爐煙氣脫白控制系統的研究與應用

孫 穎

（天津市中環自動化技術控制設備有限公司，天津 300384）

0 引言

2018 年政府對企業的大氣污染防治提出更高要求，《天津市2018 年大氣污染防治工作方案》提出促進各個企業對無組織排放進行全面治理改造，尤其是熱電廠、焦化、鋼鐵、玻璃、鑄造等重點行業。確保供熱行業在2018 年采暖季來臨前完成治理改造，打贏藍天保衛戰。天津也于2018年7 月1 日正式實施地方強制性標準DB12/810—2018《火電廠大氣污染物排放標準》。在國內，天津第一個在火電廠大氣排放標準中對煙氣的溫度做出了規定，規定為4 月～10月燃煤鍋爐的煙氣排放溫度不大于48℃，11 月～3 月燃煤鍋爐的煙氣排放溫度不大于45℃。污染物限值方面，新建項目顆粒物5mg/m3，二氧化硫10mg/m3，氮氧化物30mg/m3。本公司為了響應國家政策和用戶需求，開發了鍋爐煙氣脫白控制系統，采用集中與就地監控相結合的控制方式，加入已開發的DCS 系統中，增強鍋爐控制系統的功能，使火電廠的發電供熱工程順利進行。

1 白色煙羽的形成與影響

圖1 溫度與含濕度關系曲線Fig.1 Relationship between temperature and humidity

國內大部分煙氣脫硫采用濕法脫硫工藝。煙氣通過吸收塔凈化后的煙溫降低到45℃～55℃，濕法脫硫后的煙氣在煙囪中攜帶大量水蒸氣，濕度含量接近于飽和狀態。煙囪排出的煙氣，低溫、濕度大與溫度較低的環境中的大氣混合，低溫飽和濕煙氣中大量的水蒸氣遇冷后，凝結為小液滴，再經過陽光的折射、散射，排除的煙氣呈現白色，因此稱為“白色煙羽”[1]。

煙羽遠看如一條延綿數公里的“白色厚重的景觀帶”，造成視覺污染。近處飄落遇冷凝結的小液滴，摻雜著脫硝脫硫后產生的少量極細微顆粒物，如硫酸鹽、硝酸鹽和氣溶膠等鹽類化合物，形成局部污染，對周圍居民生活造成困擾。

2 煙氣脫白技術說明與選擇

白色煙羽排放的影響因素主要為：環境溫度、環境相對濕度、煙囪出口煙氣溫度與濕度、環境風速以及煙氣速度等。其中，環境溫度越低、環境相對濕度越大、環境風速越大，可造成煙羽排放現象越明顯、影響范圍越大，但是環境因素不可控制。煙氣速度越大，濕煙羽的排放長度越大，工藝中煙囪出口直徑與長度符合國家標準。因此，可以控制排放煙氣的溫度、濕度，來減少白色煙羽的形成，即煙氣脫白技術。

如圖1 所示，當飽和濕煙氣排放至大氣時，濕煙氣與大氣結合，遇冷變為過飽和狀態，水蒸氣凝結成霧滴，形成白色煙羽，煙氣狀態為曲線A-B 的變化。

對飽和濕煙氣進行升溫，提高煙氣溫度，使濕煙氣初始狀態由A 到C，降低煙氣中的相對含濕量，成為不飽和狀態就不會產生白色煙羽，如曲線A-C-B 的變化。

圖2 煙氣脫白工藝圖Fig.2 Flue gas bleaching process drawing

對飽和濕煙氣先降溫再升溫，降溫后水蒸氣凝結析出，減少相對含濕量，凝結析出水能循環到機組中，繼續利用。煙氣再加熱，降低煙氣中的相對含濕量，成為不飽和狀態就不會產生白色煙羽，如曲線A-D-E-B 的變化。

對飽和濕煙氣直接冷凝降溫，飽和變為非飽和，減少煙氣中相對含濕量，需要在煙氣排除后，迅速降低，不會出現白色煙羽，如曲線A-H-B 的變化。

從燃煤電廠的實際情況考慮，煙氣直接加熱和冷凝降溫方式中溫度變化范圍相對較大，都有各自的局限。加熱技術需要犧牲一部分煤耗，而冷凝技術受環境空氣、冷卻水溫度的限制，基本不可能將煙氣冷卻至接近環境溫度再進行排放[2]，以節約能源與經濟性為原則，現場實現煙氣脫白的技術，使用先降溫后加熱的方法。

3 煙氣脫白工藝的技術實現

煙氣脫白工藝如圖2 所示，在噴淋塔塔內，填料層是煙氣與噴淋液兩相間接觸構件的傳質設備。填料塔由填料支承板和填料壓板組成。下部是填料支承板，主要用于放置填料，上面是填料壓板，壓住填料，防止被上升的氣流吹動。加藥箱中的液體與水箱中水配合后，形成噴淋液。噴淋液通過液體分布器的噴淋頭，從上往下噴灑，噴到填料上，并順著填料表面空隙流下。排除的煙氣從塔底進入，經過煙氣分布裝置分布后，與噴淋液呈逆流方向，并連續通過填料層的空隙，在填料表面上，氣體與液體兩相密切接觸進行傳質[3]。塔頂部氣水分離器有效截留噴淋液。噴淋過程能進行劇烈的傳熱傳質，降低煙氣溫度，使大量水蒸氣凝結為小液滴，降低煙氣中相對含水量，該過程能夠帶走細微顆粒物、SO3等多種污染物。從噴淋塔出來的煙氣進入煙氣再熱器，再熱器管內蒸汽與管外低溫煙氣進行熱交換，降溫后的冷凝水回到循環水泵，在泵的驅動下參與下一個循環換熱過程，節約水資源；低溫煙氣吸熱后由煙囪排出。

圖3 煙氣脫白控制系統工藝流程圖Fig.3 Process flow chart of flue gas bleaching control system

圖4 換熱系統圖Fig.4 Heat exchange system diagram

煙氣脫白控制系統工藝流程圖如圖3 所示，在線實時監測噴淋塔中水出口溫度，煙氣再熱前、再熱后的溫度[4]。為了保證整個煙氣脫白系統的安全可靠運行，水循環系統專門設置了相應的補水、加熱、穩壓、加藥等輔助系統，能有效調節換熱器和熱泵機組中水的溫度，從而控制煙氣降溫和升溫的溫度范圍和速度，使排出的煙氣溫度滿足脫白后的溫度，如圖4 所示。1 號鍋爐煙氣再熱后的溫度為14.7℃。

圖5 改造前后的對比圖Fig.5 Comparison before and after transformation

煙氣脫白控制系統已經成功運用在實際現場中，改造前后的對比照片如圖5 所示，煙氣脫白效果比較明顯。

4 總結

本文所述的煙氣脫白技術不僅達到消除白色煙羽的目的，同時達到節能、節水的附屬效果。本項目滿足天津發布的《火電廠大氣污染物排放標準》中對煙氣的溫度做出的限定，規定為4 月～10 月燃煤鍋爐的煙氣排放的溫度不大于48℃，11 月～3 月燃煤鍋爐的煙氣排放的溫度不大于45℃。隨著技術的提高和國家政策的不斷完善，考慮不同地區的氣候、冷源、環保要求以及機組的經濟性等，對濕煙氣脫白的治理方案會更加規范。