GHH+煙氣冷凝再熱技術(shù)的濕煙羽 治理工程分析與探究

文_盧遙 山西省陽泉生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心

隨著國家對(duì)節(jié)能減排工作的不斷深入，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)已不斷提高，排放監(jiān)督已愈發(fā)嚴(yán)格。由于煙囪采用濕煙氣排放，煙囪出口處出現(xiàn)大量液態(tài)凝結(jié)水，形成“濕煙羽”（俗稱大白煙、白霧等）。特別是冬季時(shí)，濕煙羽相當(dāng)嚴(yán)重，對(duì)周邊產(chǎn)生一定的視覺污染。

隨著我國節(jié)能減排力度的加大，排污監(jiān)管也越來越嚴(yán)格。煙道排煙以濕煙為主，在煙道出口產(chǎn)生了大量的液體凝結(jié)水。尤其是在冬季，潮濕的煙羽較為嚴(yán)重，對(duì)周圍環(huán)境造成了一定的影響。為消除電廠“濕煙羽”的視覺污染，減少周邊居民對(duì)電廠污染的偏見，“濕煙羽”的治理逐漸提上日程。

1 概況

1.1 項(xiàng)目概況

某工程中，燒結(jié)機(jī)后面設(shè)置了兩臺(tái)雙室四電場除塵器，在經(jīng)過除塵后，首先通過2個(gè)導(dǎo)風(fēng)管進(jìn)入引風(fēng)機(jī)，再匯合后經(jīng)過增加風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙氣脫硫塔。脫硫采用工藝為川崎撞擊石灰石-石膏法，于2011年12月投運(yùn)。2014年脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，處理SO2能力從原來的3000mg/m3提升至6000mg/m3。

1.2 設(shè)備概況

1.2.1 燒結(jié)機(jī)

擁有兩臺(tái)265m2燒結(jié)機(jī)，其中2#燒結(jié)機(jī)2006年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力550萬t。主要工藝為以高爐返礦、冷篩返礦作為底料，焦?fàn)t煤氣作為點(diǎn)火源，通過下抽風(fēng)箱裝置，煅燒鐵礦石、溶劑等原燃料，成品燒結(jié)礦經(jīng)過環(huán)冷、冷篩系統(tǒng)進(jìn)入高爐上料系統(tǒng)。

1.2.2 除塵器

機(jī)頭采用電除塵器工藝，布置雙室四電場除塵器，除塵器出口煙塵濃度設(shè)計(jì)為50mg/Nm3。

1.2.3 脫硫裝置

近年完成脫硫系統(tǒng)二次改造，由原來鼓泡工藝改為噴淋工藝，以滿足目前的國標(biāo)排放要求，設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)能力SO2可達(dá)200mg/m3以下，脫硫塔出口處的煙氣參數(shù)見表1。

1.2.4 增壓風(fēng)機(jī)

型式為靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，型號(hào)TA46636-82。系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)出口壓力2000Pa左右，壓頭余量1500Pa。

2 治理方案選擇

2.1 工程數(shù)據(jù)確定

2.1.1 設(shè)計(jì)參考煙氣參數(shù)

本次改造設(shè)計(jì)煙氣參數(shù)參照原脫硫出口設(shè)計(jì)值，見表1。

表1 脫硫塔出口處的煙氣參數(shù)

2.1.2 設(shè)計(jì)環(huán)境參數(shù)

該區(qū)域的日平均氣溫普遍為-20～30℃，年均氣溫為8.64℃。綜合考慮投資和實(shí)際環(huán)境條件，提出以0℃為宜、環(huán)境濕度按年均值51%的環(huán)境參數(shù)。

2.1.3 現(xiàn)狀分析

煙塵排放現(xiàn)狀：目前電除塵器和脫硫系統(tǒng)運(yùn)行良好，電除塵器出口煙塵濃度一般在40～80mg/Nm3之間，脫硫塔出口煙塵濃度一般在30mg/Nm3以下。

SO2排放現(xiàn)狀：脫硫入口SO2濃度一般在5000mg/Nm3以內(nèi)，脫硫塔出口SO2濃度一般在180mg/Nm3以下，滿足目前的排放要求。

煙氣溫度現(xiàn)狀：脫硫入口煙氣溫度大部分在115～145℃之間，脫硫出口煙氣溫度大部分在46～53℃之間。

經(jīng)分析可知，該系統(tǒng)具有較高的初始溫度，可以對(duì)凈煙進(jìn)行加熱。由于煙氣中的水分含量較高，所以采用除濕脫煙有一定的必要條件。另外，煙氣中SO2的濃度常年在2000～5000mg/Nm3范圍內(nèi)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，在0%～2.5%的范圍內(nèi)，通過理論計(jì)算（按DL/T 5240-2010規(guī)定的煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算下限式），得到了在110℃以下的煙氣中的酸露點(diǎn)。所以，在進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮防腐要求。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，煙氣入口和出口都有很長的煙道，可以進(jìn)行換熱器和除霧器的改造。

2.2 技術(shù)方案比選

2.2.1 煙氣冷凝技術(shù)方案

擬采用空氣與煙氣進(jìn)行換熱，在脫硫塔出口至煙囪入口凈煙道上增設(shè)一套煙氣換熱裝置、6臺(tái)高頻率的聲波裝置和可調(diào)頻聲波裝置及1套高效離心管束除霧提水裝置。

2.2.2 煙氣再熱技術(shù)方案

GGH工藝是一種新的煙氣再熱技術(shù)，它能在15℃以上的環(huán)境中有效地去除煙羽。隨著環(huán)境氣溫的降低，需要的升溫幅度明顯增大。在環(huán)境溫度低于0℃的情況下，采用常規(guī)的20～30℃的方法，對(duì)去除濕煙羽的作用不大。GGH系統(tǒng)采用原煙和脫硫后的凈煙氣進(jìn)行換熱，使原煙溫度從130℃降到100℃；脫硫塔出口凈煙氣溫度由50℃加熱至75℃。

2.2.3 煙氣冷凝再熱技術(shù)方案

該技術(shù)路線是在煙氣冷凝技術(shù)方案基礎(chǔ)上，增加1套GGH系統(tǒng)?？紤]到目前風(fēng)機(jī)的裕量（約1500Pa）、實(shí)際煙溫情況、脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、投資和能耗等多種因素，初步按煙氣再熱升溫幅度為10℃，即脫硫前煙氣降溫幅度也為10℃。該方案在煙氣冷凝技術(shù)方案的基礎(chǔ)上不需要增加電耗，阻力增加約800Pa。

綜合考慮投資、阻力、能耗、消除濕煙羽、技術(shù)可靠性等多種因素，采用“冷凝法+聲波+高效離心管束提水+GGH升溫”的技術(shù)方案。該技術(shù)具有較高的可靠性，可以減少污染物的排放，節(jié)水，在較低的環(huán)境溫度下，還可以去除濕的煙羽。

3 改造工藝設(shè)計(jì)

3.1 改造方案

在煙氣排放口到煙氣進(jìn)口凈煙道增加了1套煙氣換熱器、6臺(tái)高頻聲波設(shè)備和可調(diào)頻聲波裝置、1套高效的離心管束除霧裝置。其中，在煙囪進(jìn)口附近設(shè)置有高效離心管束除霧提水設(shè)備，頻率可調(diào)音波設(shè)備設(shè)置在接近于有效除霧器排煙通道和接近進(jìn)口煙冷卻設(shè)備進(jìn)口煙道附近，在煙道上方設(shè)置有高音波設(shè)備。在該套管的短接凸緣上安裝了聲波裝置，支撐點(diǎn)采用了煙道主體加強(qiáng)筋，并以煙道原來的外凸臺(tái)為支撐和操作。高頻和低頻音波設(shè)備上有開口和焊接套管短接法蘭DN150×400mm，將聲波設(shè)備插入固定，可調(diào)音波設(shè)備上有孔洞，并焊接套管短接凸緣1650×650mm與喇叭對(duì)接，支撐點(diǎn)采用煙道主體的加強(qiáng)筋和平臺(tái)。主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 冷凝方案的主要技術(shù)參數(shù)

3.2 降溫系統(tǒng)

風(fēng)道煙氣冷卻系統(tǒng)總體布局，擬采用空氣進(jìn)行換熱交換的方法進(jìn)行；總體換熱指標(biāo)，根據(jù)計(jì)算：5℃溫降時(shí)需要換熱量為10500MJ/h（約合2916kW/h），10℃溫降時(shí)需要換熱量為17500MJ/h（約合4861kW/h），15℃溫降時(shí)需要換熱量為26300MJ/h（約合7305kW/h），本工程的設(shè)計(jì)目標(biāo)是降低10℃，煙道中安裝換熱器，前、后兩個(gè)管道的壓損值均不大于300Pa，連接煙道的換熱器在地面設(shè)置空氣風(fēng)機(jī)。

3.3 煙道轉(zhuǎn)換器

3.3.1 煙道換熱器尺寸

設(shè)計(jì)尺寸約10m×10m，為加快工期，換熱器共分N個(gè)模塊，現(xiàn)場拼裝。管道前后接變徑接管，換熱器的換熱管管徑φ78mm，設(shè)計(jì)換熱量4800～5000kW,以溫度降低10℃為設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.3.2 煙道換熱器的防腐

考慮到煙道內(nèi)SO2、SO3、NOx、CL+等腐蝕氣體，在低露點(diǎn)狀況下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的酸液，對(duì)換熱管材產(chǎn)生腐蝕。因此，煙道換熱器的管材選用ND鋼焊管，ND鋼焊管具有較好的防止硫酸、鹽酸、硝酸的能力，為了防止上述物質(zhì)在低露點(diǎn)狀態(tài)下對(duì)管材的腐蝕，延長管材的使用壽命，對(duì)ND鋼焊管再進(jìn)行鍍搪瓷處理，確保材料的防腐性能。

3.3.3 煙道換熱器的防表面結(jié)垢

為防止煙道換熱器管材表面因低溫結(jié)露液滴與煙氣中的灰塵產(chǎn)生表面結(jié)垢，在煙道換熱器的前后加裝噴淋和可調(diào)頻聲波裝置，噴淋用水采用后續(xù)收集的水,與除霧器清洗噴淋水系統(tǒng)連鎖使用。

3.3.4 安裝煙道換熱器的阻力損失模擬

含換熱管煙道中的換熱管排8排，煙道10m×10m（上下非對(duì)稱）煙道長度1.5m，變徑管2m，6m×6m煙道長度0.75m。煙道入口流量80萬Nm3/h。煙道內(nèi)流場分布如圖1所示。換熱管內(nèi)最大流速10m/s。

圖1 煙道內(nèi)流場分布

3.4 其他工藝

(1)空氣風(fēng)機(jī)

空氣風(fēng)機(jī)配有（但不限制）：風(fēng)機(jī)本體、電動(dòng)機(jī)、氣量調(diào)節(jié)裝置（包括進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥）、進(jìn)氣過濾器、消音裝置、自動(dòng)排氣裝置、內(nèi)部管道閥門、控制裝置等。

（2）高效離心管束除霧提水裝置

高效離心管束除霧提水裝置煙道在通過離心管束除霧提水裝置時(shí)，在離心力的作用下，噴霧和粉塵在氣缸內(nèi)流動(dòng)，相互碰撞，凝結(jié)成較大的液滴，然后被甩到內(nèi)壁，與附著在管壁上的液滴層發(fā)生接觸，從而使液滴和粉塵分離。隔板間設(shè)有擋液環(huán)及導(dǎo)流線，可提高空氣的離心力，保持適當(dāng)?shù)牧鲌龇植?，以達(dá)到控制液膜厚度、控制空氣出口狀況、防止液滴二次夾帶的目的。

（3）防腐蝕、磨損、積灰措施

管道內(nèi)換熱材料采用 ND鋼+搪瓷。采用這種工藝，防腐性能好，傳熱系數(shù)高，可適應(yīng)本次濕煙氣環(huán)境改造的要求。為了避免積塵，可以安裝一套定期清洗的洗水設(shè)備。

（4）保溫、油漆

保溫措施：設(shè)備主體一般不需要保溫，也沒有防凍的問題。僅在一些特定的地方，例如絕緣箱出進(jìn)行保溫相反，通過及時(shí)的冷卻，可以使煙氣中的濕氣得到進(jìn)一步的冷凝，從而改善整個(gè)水霧的去除。一般情況下進(jìn)出口煙溫相差不超過1℃，項(xiàng)目僅裝置出入口煙道設(shè)置50mm巖棉保溫。

油漆：不保溫的設(shè)備、管道和附件（包括支架）、爬梯、檢修平臺(tái)等，應(yīng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行外防腐（腐蝕）涂料；為了方便辨認(rèn)，需在管道的外壁上涂上代表介質(zhì)特性的色環(huán)，以及代表介質(zhì)流動(dòng)方向的箭頭。

（5）流場模擬

氣流分布對(duì)換熱器的性能的影響是重要的。氣流分布不均勻會(huì)嚴(yán)重影響換熱效果。要求均勻，為使氣流分布均勻，一般在入口處設(shè)氣流分布裝置，并進(jìn)行氣流分布模擬試驗(yàn)。根據(jù)流暢數(shù)值模擬結(jié)果，再進(jìn)行物理模型試驗(yàn)，對(duì)數(shù)模效果進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。

4 結(jié)語

采用煙氣冷凝法+聲波+高效離心管束提水方案+煙氣再熱進(jìn)行濕煙羽治理，技術(shù)可靠性高、可以起到污染物減排、節(jié)水、在較低環(huán)境溫度下也可消除濕煙羽。因此，改造項(xiàng)目所采用的技術(shù)方案是可靠的、合理的，電廠實(shí)施該改造方案后，污染物會(huì)明顯降低，濕煙羽現(xiàn)象明顯減輕。