锅炉烟气脱白控制系统的研究与应用

孙 颖

（天津市中环自动化技术控制设备有限公司，天津 300384）

0 引言

2018 年政府对企业的大气污染防治提出更高要求，《天津市2018 年大气污染防治工作方案》提出促进各个企业对无组织排放进行全面治理改造，尤其是热电厂、焦化、钢铁、玻璃、铸造等重点行业。确保供热行业在2018 年采暖季来临前完成治理改造，打赢蓝天保卫战。天津也于2018年7 月1 日正式实施地方强制性标准DB12/810—2018《火电厂大气污染物排放标准》。在国内，天津第一个在火电厂大气排放标准中对烟气的温度做出了规定，规定为4 月～10月燃煤锅炉的烟气排放温度不大于48℃，11 月～3 月燃煤锅炉的烟气排放温度不大于45℃。污染物限值方面，新建项目颗粒物5mg/m3，二氧化硫10mg/m3，氮氧化物30mg/m3。本公司为了响应国家政策和用户需求，开发了锅炉烟气脱白控制系统，采用集中与就地监控相结合的控制方式，加入已开发的DCS 系统中，增强锅炉控制系统的功能，使火电厂的发电供热工程顺利进行。

1 白色烟羽的形成与影响

图1 温度与含湿度关系曲线Fig.1 Relationship between temperature and humidity

国内大部分烟气脱硫采用湿法脱硫工艺。烟气通过吸收塔净化后的烟温降低到45℃～55℃，湿法脱硫后的烟气在烟囱中携带大量水蒸气，湿度含量接近于饱和状态。烟囱排出的烟气，低温、湿度大与温度较低的环境中的大气混合，低温饱和湿烟气中大量的水蒸气遇冷后，凝结为小液滴，再经过阳光的折射、散射，排除的烟气呈现白色，因此称为“白色烟羽”[1]。

烟羽远看如一条延绵数公里的“白色厚重的景观带”，造成视觉污染。近处飘落遇冷凝结的小液滴，掺杂着脱硝脱硫后产生的少量极细微颗粒物，如硫酸盐、硝酸盐和气溶胶等盐类化合物，形成局部污染，对周围居民生活造成困扰。

2 烟气脱白技术说明与选择

白色烟羽排放的影响因素主要为：环境温度、环境相对湿度、烟囱出口烟气温度与湿度、环境风速以及烟气速度等。其中，环境温度越低、环境相对湿度越大、环境风速越大，可造成烟羽排放现象越明显、影响范围越大，但是环境因素不可控制。烟气速度越大，湿烟羽的排放长度越大，工艺中烟囱出口直径与长度符合国家标准。因此，可以控制排放烟气的温度、湿度，来减少白色烟羽的形成，即烟气脱白技术。

如图1 所示，当饱和湿烟气排放至大气时，湿烟气与大气结合，遇冷变为过饱和状态，水蒸气凝结成雾滴，形成白色烟羽，烟气状态为曲线A-B 的变化。

对饱和湿烟气进行升温，提高烟气温度，使湿烟气初始状态由A 到C，降低烟气中的相对含湿量，成为不饱和状态就不会产生白色烟羽，如曲线A-C-B 的变化。

图2 烟气脱白工艺图Fig.2 Flue gas bleaching process drawing

对饱和湿烟气先降温再升温，降温后水蒸气凝结析出，减少相对含湿量，凝结析出水能循环到机组中，继续利用。烟气再加热，降低烟气中的相对含湿量，成为不饱和状态就不会产生白色烟羽，如曲线A-D-E-B 的变化。

对饱和湿烟气直接冷凝降温，饱和变为非饱和，减少烟气中相对含湿量，需要在烟气排除后，迅速降低，不会出现白色烟羽，如曲线A-H-B 的变化。

从燃煤电厂的实际情况考虑，烟气直接加热和冷凝降温方式中温度变化范围相对较大，都有各自的局限。加热技术需要牺牲一部分煤耗，而冷凝技术受环境空气、冷却水温度的限制，基本不可能将烟气冷却至接近环境温度再进行排放[2]，以节约能源与经济性为原则，现场实现烟气脱白的技术，使用先降温后加热的方法。

3 烟气脱白工艺的技术实现

烟气脱白工艺如图2 所示，在喷淋塔塔内，填料层是烟气与喷淋液两相间接触构件的传质设备。填料塔由填料支承板和填料压板组成。下部是填料支承板，主要用于放置填料，上面是填料压板，压住填料，防止被上升的气流吹动。加药箱中的液体与水箱中水配合后，形成喷淋液。喷淋液通过液体分布器的喷淋头，从上往下喷洒，喷到填料上，并顺着填料表面空隙流下。排除的烟气从塔底进入，经过烟气分布装置分布后，与喷淋液呈逆流方向，并连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气体与液体两相密切接触进行传质[3]。塔顶部气水分离器有效截留喷淋液。喷淋过程能进行剧烈的传热传质，降低烟气温度，使大量水蒸气凝结为小液滴，降低烟气中相对含水量，该过程能够带走细微颗粒物、SO3等多种污染物。从喷淋塔出来的烟气进入烟气再热器，再热器管内蒸汽与管外低温烟气进行热交换，降温后的冷凝水回到循环水泵，在泵的驱动下参与下一个循环换热过程，节约水资源；低温烟气吸热后由烟囱排出。

图3 烟气脱白控制系统工艺流程图Fig.3 Process flow chart of flue gas bleaching control system

图4 换热系统图Fig.4 Heat exchange system diagram

烟气脱白控制系统工艺流程图如图3 所示，在线实时监测喷淋塔中水出口温度，烟气再热前、再热后的温度[4]。为了保证整个烟气脱白系统的安全可靠运行，水循环系统专门设置了相应的补水、加热、稳压、加药等辅助系统，能有效调节换热器和热泵机组中水的温度，从而控制烟气降温和升温的温度范围和速度，使排出的烟气温度满足脱白后的温度，如图4 所示。1 号锅炉烟气再热后的温度为14.7℃。

图5 改造前后的对比图Fig.5 Comparison before and after transformation

烟气脱白控制系统已经成功运用在实际现场中，改造前后的对比照片如图5 所示，烟气脱白效果比较明显。

4 总结

本文所述的烟气脱白技术不仅达到消除白色烟羽的目的，同时达到节能、节水的附属效果。本项目满足天津发布的《火电厂大气污染物排放标准》中对烟气的温度做出的限定，规定为4 月～10 月燃煤锅炉的烟气排放的温度不大于48℃，11 月～3 月燃煤锅炉的烟气排放的温度不大于45℃。随着技术的提高和国家政策的不断完善，考虑不同地区的气候、冷源、环保要求以及机组的经济性等，对湿烟气脱白的治理方案会更加规范。