脱白工程技术在湿法脱硫烟气中的应用

2020-04-23张志斌

山西化工 2020年1期

张志斌

(山西绿标环保科技有限公司，山西太原 030000)

在燃煤机组生产过程中所产生的烟气需要经过湿法脱硫设备进行处理并排放，在排放阶段会形成白色烟羽，所谓白色烟羽就是携带了极细微颗粒物与气溶胶的污染物质，它对环境所造成的负面影响极大。虽然目前国内已经提出了有关治理燃煤机组湿法脱硫的相关规范，并对机组烟气脱白提出了环保标准，但实际上其执行操作还是存在一定的难度，需要通过冷凝方法有效降低湿法脱硫中烟气的含湿量，并提高排烟温度，如此可有效消除白色烟羽部分。

1 烟气脱白治理的基本背景与必要性

1.1 基本背景

一般来说，利用烟气脱白治理可有效遏制工业排放中所产生的大量白色烟羽。在燃煤机组生产过程中是会产生较高含量的烟气，这种烟气在排放温度低于烟气雾点时会导致生成白色烟羽，而白色烟羽则是一种重度污染物。虽然截止到2019年上半年，我国超过80%的燃煤机组已经完成了超低排放改造，就目前来看，我国的烟气颗粒物排放标准基本已经控制在在5 mg/m3范围内，符合国际标准相关要求。但实际上在燃煤机组生产过程中依然会产生白色烟羽，这就说明产生这种极细烟气颗粒物的根本原因不在于生产排放，而在于湿法脱硫系统。在湿法脱硫过程中，烟气水蒸气达到饱和状态，在与冷凝微颗粒物相遇后其烟气饱和并产生极细微颗粒物，如，硝酸盐、硫酸盐以及气溶胶等。白色烟羽中所产生的细微颗粒被学术界认为是当前中国雾霾严重的根本诱因之一。就目前我国所倡导的绿色工业生产、绿色环保施工理念来看，必须对白色烟羽治理方面加以重视，避免其所带来的诸多消极影响。所以，自2017年开始，我国诸多煤炭化工产业重点省份也纷纷开始改变生产战略，取消燃煤锅炉，希望推动地方工业化工企业与排污企业对烟气脱白处理技术的有效改善提升[1]。

1.2 必要性

在湿法脱硫生产过程中所产生的工业烟气量大且难以处理，还会产生白色烟羽重度污染环境。就湿法脱硫本身而言，它所产生的烟气湿度高，主要通过工业烟囱排放，以雾滴形式被释放到大气中。这种烟气中存在大量的硫酸盐、硝酸盐以及脱硫、脱硝剂等溶质物质成分，在雾滴进入大气失去水分干燥以后，其中的各种化学盐碱类物质就会被析出并形成极细微颗粒物。这种颗粒物如果从空气当量学的角度分析，它的粒径甚至要小于PM2.5空气当量学直径，质量较轻，表面积较大，能够长期漂浮于空气中，俗称为二次颗粒物。二次颗粒物在空气中长期静稳悬浮，当再度出现湿度较大天气时，它还会集合空气中的水分并富集扩大，形成雾霾。所以，燃煤机组湿法脱硫生产后所产生的的白色烟羽就是雾霾产生的主要原因，即便某些燃煤机组的工业生产已经达到排放标准，但依然会因此而产生污染效应。因此有必要进一步提升燃煤机组的污染治理效应，合理利用烟气脱白工程技术[2]。

2 白色烟羽的形成过程与消除机理

2.1 白色烟羽的形成过程

在标准大气压状态下，基于不同温度背景下所存在的相对湿度为100%，由此所散发的烟气和水蒸气可形成一定的含湿量曲线，如图1所示。

图1 大气温度与含湿量关系曲线示意图

如图1，曲线上方代表了水蒸气过饱和区域，该区域中水蒸气会发生相变冷凝进而转化为液态形态；反观曲线下方代表了水蒸气不饱和区域，该区域中水蒸气不会发生凝结。就目前我国燃煤机组的湿法脱硫技术实践来看，在生产排放过程中的温度大约控制在40 ℃～60 ℃左右，所排放烟气中的水蒸气呈现近似饱和状态，烟气在排放过程中就会经历图1中所描述的O-A-B-C转化过程。从转化过程整体变化看，其环境温度始终低于烟气温度，烟气首先从状态O降低温度到相对的液化状态(100%)A时，烟气温度与烟气含湿度关系曲线会同时达到B点状态。在该过程中所排放烟气的水蒸气会实现冷凝转化最终形成液态状态，此时即会产生白色烟羽。产生白色烟羽以后烟气温度会降至C点环境温度状态，其含湿量恰好处于非饱和状态，白色烟羽此时即会消失[3]。

2.2 白色烟羽的消除机理

一般可采用烟气再热技术、冷凝技术以及冷凝再热复合技术治理白色烟羽。在烟气再热过程中，烟气会经历一个复杂的转化过程，从被排出烟囱的那一刻通过热交换确保烟气状态温度一直上升到D位置，而烟气在进入大气环境后则会降温，整个阶段对白色烟羽的抑制处理效果是相当明显的。当然，它在合理有效抑制白色烟羽之余也能应用于生产减排与节能等过程中。当烟气冷凝后再热复合时，烟气状态变化过程又不相同，它主要会经历O-E-F-C阶段，烟气首先会被冷凝到E状态，此时烟气含湿量下降，然后被加热到状态F后再进入大气，进入大气后转化为状态C，由于在该过程中烟气始终都处于一种水蒸气不饱和状态，因此白色烟羽也不会产生。

3 针对白色烟羽的烟气脱白工程技术实践应用

目前企业生产最需要控制的就是在生产中所产生的大量白色烟羽，企业需要对自身燃煤机组进行改造，围绕烟气脱白这一核心技术展开相关操作。以下简单探讨了针对白色烟羽烟气脱白工程的两点技术实践应用。

3.1 除盐水+烟气冷却器增加蒸汽+烟气加热技术

除盐水+烟气冷却器增加蒸汽+烟气加热器技术虽然相对流程复杂，所涉及技术处理设备较多，但它在烟气脱白方面效果显著。该技术运用了MGGH降温段与升温段两方面技术，可将它们视为是两个相对独立的系统部分，如图2[4]。

图2 除盐水+烟气冷却器增加蒸汽+烟气加热器技术实践应用流程图

如图2中技术可被应用于燃煤机组锅炉(2×75 t/h)中，烟气冷却器则被布置于脱硫引风机中，确保锅炉在常温状态下也能将烟气温度从150 ℃左右调整降低到100 ℃左右。该技术的相对除盐水温度可控制在17.5 ℃～20.5 ℃范围内，保证烟气与除盐水中的温差不会过大。另外，它的烟气冷却器换热面积相当小，可有效节省占地空间，可考虑在升温段设置蒸汽烟气换热器，利用它将烟气升温至少30 ℃左右，并将降温段的余热量控制在3 100 kW左右，有效减少除氧器中的蒸汽消耗。在该技术应用过程中，吸收塔中的烟气温度会自然降低(从60 ℃降低到50 ℃)，合理减少脱硫设备的耗水量，平均水耗量降低7.5 t/h，如此可减轻烟气脱白压力。而对于烟气部分的处理可采用0.8 MPa～1.0 MPa的供热蒸汽进行加热处理，此时烟气会从50 ℃被加热到80 ℃以上，该过程需要大约2 800 kW热量，相比于传统加热处理方法可节约至少300 kW热量，节能效果显著[5]。

3.2 煤质式气-气换热器技术

如图3这种煤质式气-气换热器是目前比较常见的烟气脱白气气交换处理技术代表，它将导热油、盐水等作为基本媒质，对比传统气气换热技术它不会造成二氧化硫逃逸问题，属于一种典型的无泄漏式热媒体烟气换热机构。在实际应用过程中，它迎合了烟气脱白技术原理，其中就包括了烟气降温、升温两大阶段。在具体的工程实践应用中可在煤质式气-气换热器的升温段设置气-水管式换热器，对烟气进行降温，保证饱和烟气中的水蒸气被合理化冷凝，然后将收集到的冷凝水进行加碱处理，再重复利用。经过实践表明，以300 MW机组为例，它的可回收冷凝水量至少达到30 t/h。

煤质式气-气换热器的降温段可分为高灰布置与低灰布置两种布置方式。以高灰布置为例，它会在除尘阶段之前设置专属降温段，有效降低除尘器中的烟气温度与烟气量，有效提高整体生产除尘效率。当然，考虑到系统运行成本相对偏高，且系统结构相对复杂，操作技术难度偏大，存在一定烟气阻力。当然，烟气脱白改造项目的可利用场地要求较高，所以在具体的处理实践过程中还需要实现对技术内容的相对简化，如可引进浆液冷却配合蒸汽-烟气加热技术过程，有效降低脱硫塔的水量蒸发量，保证烟气冷却后冷凝水被完全回收到吸收塔之内，保证塔内水始终处于平衡状态[6]。