冷凝再熱技術在鋼廠煙氣消白中的應用

樊永強 彭成 王雅光 李宇 章園

摘?要：我國多數鋼鐵廠采用濕法脫硫工藝，脫硫后從煙囪排出的煙氣接近飽和濕煙氣狀態，當其與外界冷空氣混合后，煙氣中的水蒸氣發生凝結，經大氣折射、散射后形成肉眼可見的白色煙羽。本文介紹了消除白色煙羽的三種工藝路線，詳細介紹了煙氣冷凝再熱工藝在某鋼廠消白項目中的應用情況，同時對系統的工藝組成、技術參數、優勢特點等進行闡述。

關鍵詞：鋼鐵廠;飽和濕煙氣;冷凝再熱技術;MGGH;消白

鋼鐵產業是國民經濟的重要支柱產業，但又屬于重耗能、重污染行業，在生產過程中會使用大量化石燃料，同時向環境排放大量的污染物。其中，氮氧化物和SO2是產生酸雨的罪魁禍首，為控制SO2排放問題，國家環保部門制定了相關的標準來要求鋼鐵企業采取一定措施以減少SO2的排放。

目前，鋼廠脫硫工藝大多以濕法脫硫為主，其中80%以上為石灰石石膏法。該工藝技術成熟，脫硫效率可達90%以上，隨著國家對SO2排放要求的不斷提高，可以預見在未來，石灰石膏法會占據更大的市場份額[1]。但是，由于濕法脫硫后的煙氣為飽和濕煙氣，其中含有大量液滴、可溶性顆粒物以及氣態可凝結顆粒物、可溶性鹽等，此類物質會隨著煙氣一起排入大氣，造成污染環境。同時由于脫硫出口煙氣溫度偏低（45～55℃），在與外界空氣混合后溫度進一步降低，從而使煙氣中的水蒸氣凝結成小液滴，經大氣折射、散射后形成肉眼可見的白色煙羽[2]。

針對白色煙羽的消除，目前主流的工藝路線有三種[3，4]：冷凝法、直接/間接加熱法、冷凝再熱法。其中，冷凝法是通過對飽和濕煙氣進行直接降溫，煙氣中的水蒸氣遇冷液化、水分析出，從而降低煙氣中的絕對含濕量，達到減弱白色煙羽的目的。常見的冷凝工藝有煙道冷凝和漿液冷卻，但因受冷源溫度以及造價的限制，煙氣降溫幅度有限，水分無法完全析出，白色煙羽無法被完全消除。直接/間接加熱法是通過對末端煙氣進行加熱升溫，降低煙氣的相對含濕量。常見的直接加熱技術包括熱風混合加熱、燃氣直接加熱、熱空氣混合加熱技術，間接加熱技術包括回轉式GGH、管式GGH、MGGH等。理論上該方法可以完全消除白色煙羽，但要求加熱溫度較高，系統能耗大。冷凝再熱法是將冷凝法和加熱法結合，首先對飽和濕煙羽進行降溫處理，使煙氣中的大部分水蒸氣液化析出，降低絕對含濕量，然后再加熱煙氣，降低相對濕度，實現白色煙羽的消除[5]。鋼鐵行業常見的冷凝再熱技術包括“煙道冷凝+MGGH”“漿液冷卻+MGGH”。

2019年我司承包了某鋼廠的煙氣消白項目，采用“漿液冷卻+MGGH”工藝路線，以下對項目過程中的消白工藝、技術參數以及實施效果進行介紹。

1?項目概況

某鋼廠現有200m2燒結機，脫硫系統進口煙氣處理量為790000Nm3/h（濕基）;脫硫塔入口煙氣溫度為166～185℃，出口煙氣溫度為60℃;脫硫系統單層漿液循環量為1000m3/h，脫硫后煙氣經煙囪直接排入大氣中。由于該廠白色煙羽現象十分嚴重，觀感欠佳，且煙囪處伴隨嚴重的“煙囪雨”現象，給鋼廠的聲譽以及周邊村民的生活造成了很大困擾，故要求對白色煙羽進行徹底治理，要求在非極端天氣下，煙囪出口無白煙。

2?系統原理

由于脫硫塔出口煙氣溫度較高，且受到現場熱源情況以及場地條件限制，直接冷凝法和直接加熱法都不適合本項目，因此最終選用“漿液冷卻+MGGH”工藝路線，具體流程如下圖所示。

1主抽風機出口煙氣;2GGH冷側;3SCR脫硝;4GGH熱側;5煙氣冷卻器;6熱媒水循環泵;7煙囪;8煙氣加熱器;9濕式電除塵;10脫硫塔;11漿液循環泵;12漿液冷卻器;13冷卻水循環泵;14冷卻塔

“漿液冷卻+MGGH”工藝流程圖

該工藝首先需要改造原有的漿液循環系統，在原脫硫塔漿液循環管上設置漿液冷卻器，使脫硫漿液先通過漿液冷卻器后再到噴淋層進行噴淋。漿液冷卻器的一側通漿液，另一側通冷卻水，冷卻水通過換熱器使漿液溫度下降。噴淋漿液后，脫硫塔內煙氣溫度隨之降低，從而使脫硫塔內的蒸發量減少，煙氣的絕對含濕量降低。

同時，在脫硝出口（即脫硫塔入口）煙道上增設煙氣冷卻器，在濕式電除塵器出口煙道上增設煙氣再熱器，兩者采用熱媒水系統進行換熱，構成MGGH系統。通過利用SCR脫硝出口的高溫煙氣加熱熱媒水，熱媒水進入煙氣再熱器加熱濕式電除塵器出口的飽和煙氣，從而降低煙氣的相對含濕量，達到消白的目的。

3?工藝系統組成

（1）循環冷卻水系統附屬設備。主要部件包括：①過濾器。漿液冷卻器的冷卻水側進口管道設置過濾器，以防止冷卻水中的雜物堵塞換熱器和水泵。②系統管道、閥門。本次系統改造涉及漿液管道及循環冷卻水管道，其中漿液管道按原系統管道配置。③熱控儀表。在煙氣冷卻器和煙氣再熱器的進出口處設置溫度和差壓傳感裝置，在水側設置流量計等。④冷卻塔。根據實際需要配套設置循環冷卻水的冷卻塔。

（2）漿液冷卻器。針對脫硫漿液含固量高、雜質多、易腐蝕磨損等特性，選用的液液金屬板式換熱器具有傳熱效率高、抗堵塞、耐腐蝕、阻力低等優點。

（3）煙氣冷卻器和煙氣再熱器。煙氣冷卻器和煙氣再熱器采用氣水換熱器，具有傳熱效率高、抗腐蝕性能強、抗積灰性能優良、結構緊湊、體積小等優點。

（4）清灰系統。采用耙式吹灰器對煙氣冷卻器進行清灰處理，煙氣再熱器采用水沖洗裝置。

（5）熱媒水循環系統及附屬設備。主要部件包括：①系統管道、閥門。本次系統改造涉及原煙氣管道及熱媒水管道，其中原煙氣管道按原系統管道配置。煙氣冷卻器和煙氣再熱器水側進出口設置手動閥門、過濾器及其閥組。②熱控儀表。漿液冷卻器進出口設置溫度和壓力遠傳測點，水側設置流量計。③補水裝置。由于熱媒水在循環過程中會有少量蒸發，因此增設一套補水裝置。

4?系統設計參數

依據濕煙羽成因原理，本項目選取最不利因素作為設計依據，故以該地近十年冬季平均氣溫15℃、相對濕度50%作為設計條件。根據焓濕圖和熱平衡分析可知，煙氣從60℃降低到52.5℃，再加熱至80℃后，即可實現完全消白。

根據脫硝、脫硫系統的實際運行參數以及廠內的冷卻水情況，最終確定該系統的設計參數如下。

5?運行情況

該項目投運后，漿液冷卻器、煙氣冷卻器、煙氣再熱器等均運行良好，相關參數均滿足設計要求，實際運行數據如表4所示。

從上述表格可以看出，脫硫塔出口（煙氣再熱器入口）煙氣設計值為52.5℃，實際工況值為49.5℃，煙氣再熱器出口溫度設計值為80℃，實際工況值為79℃，各參數與設計值基本一致。因此即使環境溫度達15℃，相對濕度不大于50%時，煙囪完全消除白色煙羽。同時，由于熱媒水在循環過程中會損失一部分熱量，因此設計時熱媒水循環量要留有充分的余量。

6?結論

本次鋼廠消白處理項目中采用“漿液冷卻+MGGH”技術，具有以下優勢：（1）安全可靠，熱煙氣和冷煙氣之間無煙氣與飛灰的泄漏。（2）煙氣體積流量下降，提高了脫硫塔的除塵、除霧效率。（3）減少脫硫蒸發量，減少脫硫補水。（4）利用原煙氣熱能，無須再引入新熱源，減少系統能耗。（5）強化脫硫效果。凝結水霧滴粒徑一般為15～20mm，同樣水量傳質面積增加10000倍;凝結水為純凈水，pH值約為7，SO2溶解度提高。（6）提高脫除SO3和硫酸霧滴的效果。（7）漿液換熱器安裝在脫硫系統漿液循環管上，不增加煙氣阻力、風機能耗，運行費用低。（8）漿液換熱器設備占地少，節省安裝空間和時間。

參考文獻：

[1]劉志坦，惠潤堂，楊愛勇，等.燃煤電廠濕煙羽成因及對策研究[J].電力科技與環保，2017，29（10）：4346.

[2]湯濤，胡遠濤，邵海馨，等.冷凝除濕再加熱技術在煙羽消白中的應用[C].2017燃煤電廠“石膏雨”“有色煙羽”深度治理技術交流研討會，上海：中國動力工程學會，2017：100104.

[3]周峰，沈達，李強，等.冷凝再熱技術在濕法脫硫白色煙羽治理中的應用研究[J].電力科技與環保，2020，36（3）：1014.

[4]賴建德.冷凝再熱技術消除濕煙羽在大型燃煤機組中的應用[J].建材與裝飾，2019，（28）：215.

[5]袁素華.燃煤電廠漿液冷卻消白系統設計[J].節能與環保，2019，（11）：5759.

作者簡介：樊永強（1983—?），男，漢族，陜西西安人，本科，工程師，研究方向：大氣治理環保裝備。