燃煤烟气水分回收技术概述

2017-01-21甘露毛霖李红飞王济平靳超然国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司

资源节约与环保 2017年8期

关键词：膜法管材除尘

甘露毛霖李红飞王济平靳超然（国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司）

燃煤烟气水分回收技术概述

甘露毛霖李红飞王济平靳超然
（国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司）

介绍了可用于实现燃煤烟气水分回收的膜法水分捕集技术和相变凝聚提水技术，给出了相变凝聚提水技术中换热器的对比选型。

膜法水分捕集技术；相变凝聚提水技术；氟塑料；多污染物协同脱除

引言

火力发电仍是我国当前主要电力来源，节约用水、降低耗水指标，是我国发展电力工业的必然选择和发展趋势，尤其是北方富煤缺水地区。在火电厂各工艺系统用水指标不断降低的情况下，湿法脱硫系统的耗水量变得尤为突出，而这部分水主要是以水蒸汽的形式随净烟气经烟囱排入大气。对空冷机组而言，湿法脱硫系统用水量占机组总用水量的50%以上，而以水蒸气形式流失的部分则占湿法脱硫系统用水量的80%及以上。又鉴于煤燃烧过程也会产生大量水蒸汽进入烟气，因此如果能将脱硫后净烟气中的水蒸气收集并加以利用，足以满足脱硫系统的用水需求，进而大幅降低燃煤机组水耗。目前，可用于燃煤烟气水分回收的技术主要有膜法水分捕集技术和相变凝聚提水技术。

1 膜法水分捕集技术

气体膜分离技术是在气体分压驱动下，凭借气体中各组分在高分子膜表面吸附能力、膜内渗透速率的差异来实现分离的。目前，基于膜分离技术的烟气膜法水分捕集技术主要有输运膜凝汽器技术和CAPWA膜法水分回收技术等。目前，基础研究均已完成，处于从中试到商业应用的应用研究阶段。相较于基于换热技术的相变凝聚提水技术而言，膜法水分捕集技术依靠气体分子分离实现水分回收，水质较好，加设较少的水处理工艺即可制备高质水。但由于净烟气内含有部分含固雾滴，因此如何防垢、除垢将直接影响该技术在商业运行过程中运行性能及可靠性[1-2]。

2 相变凝聚提水技术

相变凝聚提水技术是在吸收塔后净烟道内设置一级降温换热器，通过将净烟气温度降低至水露点以下，使烟气中的水蒸汽冷凝成水并加以回收。

脱硫出口净烟气为饱和湿烟气，且含有SO2、HCL、HF、NOX等腐蚀性气体。由于上述腐蚀性气体的露点温度与水露点相近，因此一旦凝结，必将伴随着大量的水分析出，此时其他酸蒸汽也会融入水中，形成较强的腐蚀。因此当饱和湿烟气进入降温换热器后，会对其产生强烈腐蚀，且腐蚀环境比常规烟气冷却器和烟气再热器等所处环境都更加恶劣。目前，用作燃煤电厂烟气换热器的有金属换热器、包塑管换热器和氟塑料换热器。对于金属换热器而言，即使316L，2205等金属管材通过添加Cu，Cr，Ni等合金元素提高了材料本身的耐腐蚀性能，但仍难适用于相变凝聚提水技术中降温换热器所面临的腐蚀环境。包塑管是以钢管为基材，将氟塑料均匀包覆在钢管表面制造而成，抗腐蚀性能优异。实际运行表明，在国内首批采用包塑管换热器的燃煤机组中，包塑管换热器投运不久即出现了开列问题，严重影响了机组的安全运行。

氟塑料换热器是以小直径薄壁氟塑料软管作为换热元件的换热器，主要采用聚四氟乙烯（PTFE）、可熔性聚四氟乙烯（PFA）等材质作为软管制造原料。氟塑料是部分或全部氢被氟取代的链烷烃聚合物，具有突出的耐高低温、耐化学腐蚀和耐老化，优异的电绝缘性、低摩擦性和不粘附性等。PTFE和PFA的管材加工工艺分别为冷压烧结和熔融加工，生产工艺的不同使得PTFE比PFA更致密，爆破压更高，又PFA的熔融加工工艺使得PFA的管材加工过程中存在混入国产料或二次废料的风险，固目前大多推荐使用以PTFE管材制成的氟塑料换热器。

氟塑料相变凝聚提水技术是在吸收塔后水平烟道内设置一级氟塑料凝水除尘器，通过降低净烟气温度至水露点以下，使烟气中的水蒸气冷凝成水并加以回收，处理后的冷凝水可用作脱硫系统工艺水。由于氟塑料管材表面光滑，表面能低，显低摩擦特性，表面不粘性突出，因此在氟塑料换热器的使用过程中具有烟气侧阻力小、不积灰、不结垢、自清洁、易清洗、传热性能稳定等特点。

在烟气治理系统中，虽然静电除尘装置、湿法脱硫系统等可以脱除烟气中的大部分颗粒物，但难以有效脱除微细颗粒物，而氟塑料凝水除尘器作为相变凝聚装置具有良好的微细颗粒物脱除效果。这主要是因为饱和湿烟气进入氟塑料凝水除尘器内部后遇冷降温，所含水蒸气相变凝结，有利于微细颗粒碰撞、凝聚，凝聚后的颗粒物向冷凝壁面移动，附着在冷凝管表面的液膜上，在重力作用下流动到装置底部后收集。此外，由于换热管束表面水膜的存在，氟塑料相变凝聚提水技术还能实现Hg、As等重金属和NOx的协同脱除。研究结果表明，氟塑料相变凝聚提水技术的烟气提水效率＞70%，颗粒物脱除效率显著（在特定工况下，除尘效率可达70%）。

目前，氟塑料相变凝聚提水技术已完成实验室研究、中试研究及示范项目建设运行。随着煤炭分布与水资源分布差异化问题的日益凸显，以氟塑料为基础的烟气凝聚提水装置将逐渐进入人们的视野。其次，鉴于该装置具有极高的微细粉尘脱除效率，因此，氟塑料凝水除尘装置的应用对实现烟尘的超低排放，降低现有除尘装置的投资运行成本也具有重要意义。有鉴于此，氟塑料凝水除尘装置必将成为燃煤电厂节能环保领域的又一研究重点及热点。