獨(dú)家供稿發(fā)布丨燃煤鍋爐排煙濕法脫硫除濕脫白的技術(shù)途徑探討

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:摘要 本文探討燃煤鍋爐排煙濕法脫硫除濕脫白的技術(shù)途徑，濕煙氣除濕脫白首先是鍋爐更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的低投入超低排放的可選擇技術(shù)路線之一，還有節(jié)水、回收低溫余熱節(jié)能的顯著經(jīng)濟(jì)效益。

1 概述

我國(guó)火電、熱力、工業(yè)等燃煤鍋爐排煙大量采用濕法脫硫，通過采用低低溫電除塵器和/或末端濕式靜電除塵器改造，可以滿足新國(guó)標(biāo)(GB13223-2011)要求、甚至實(shí)現(xiàn)超低排放，這兩條超低排放的技術(shù)路線，不僅投資和運(yùn)行成本高，因?yàn)樵试S直接排放濕煙氣，就是導(dǎo)致我國(guó)大范圍霧霾的元兇，而且不僅燃煤，鋼鐵、天然氣、焦化、化工、水泥建材、汽車尾氣、餐飲油煙都不同程度增加人為排放水分，而現(xiàn)有的大氣污染控制指標(biāo)幾乎都沒有排放煙氣濕度的控制指標(biāo)。雖然人為排放水分多是導(dǎo)致霧霾的因素還有爭(zhēng)議，但是增加大霧天氣應(yīng)該沒有疑問，有效解決濕法脫硫的排煙除濕脫白，不僅能根除霧霾污染，還能低成本實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)、真正真實(shí)的超低近零排放，特別是回收煙氣中的水分和余熱，年節(jié)水潛力幾十億噸、同步提高燃煤效率，是兼顧環(huán)境與發(fā)展矛盾的重要途徑。

本文嘗試估算我國(guó)燃煤鍋爐等各主要行業(yè)濕排煙放散的水份總量，介紹和探討~50°C低溫濕煙氣除濕脫白的技術(shù)途徑。

2 我國(guó)濕排煙帶出水分的總量估算

水在自然界中呈現(xiàn)三種狀態(tài)：固態(tài)冰、雪，液態(tài)水、霧;氣態(tài)水蒸汽。水吸熱后會(huì)蒸發(fā)相變?yōu)樗羝M(jìn)入大氣，大氣中的水蒸汽含量達(dá)到一定程度會(huì)飽和達(dá)到含濕量的最大值，飽和后的大氣遇冷降溫就會(huì)再相變?yōu)殪F、雨、雪、冰雹等，自然界水變蒸汽、蒸汽冷凝成水是一個(gè)可逆過程，有其自身規(guī)律和平衡，我國(guó)最濕月份室外平均大氣濕度為12g/kg(折合~15g/Nm3)，西北部大氣濕度低屬于干燥區(qū)域，東南部屬于高濕區(qū)域。

燃煤鍋爐濕法脫硫系統(tǒng)排煙帶出的水分，以300MW機(jī)組為例，脫硫系統(tǒng)的水平衡如圖1所示 ,脫硫系統(tǒng)每小時(shí)排放到大氣的水份120m3/h，包括原煙氣帶水分71.8 m3/h、脫硫增加40m3/h，年耗水量~100萬噸。按照燃燒噸標(biāo)準(zhǔn)煤放散煙氣10000Nm3/t、濕煙氣所含水分112g/Nm3估算，每燃燒1噸煤濕煙氣帶走水份1噸左右，主要包括煤帶水、燃燒空氣帶水、脫硫補(bǔ)充水，2014年全國(guó)消耗煤36-37億噸，燃煤煙氣帶入大氣的水份高達(dá)三十多億噸。加上電廠循環(huán)水冷卻塔的排水，總量超過100億噸。

其次是天然氣燃燒，煤改氣一直被國(guó)家和北京等有些地方做為控制大氣污染的主要技術(shù)措施，天然氣不僅大量依賴進(jìn)口來源緊缺、價(jià)格高，天然氣燃燒溫度高導(dǎo)致排煙氮氧化物含量高，需要面對(duì)的問題是每燃燒1單位體積的天然氣，會(huì)產(chǎn)生2倍體積的水蒸汽。2014年我國(guó)天然氣消耗量1800億立方米，則產(chǎn)生3600億立方米水蒸汽，折合近3億噸水分。北京一個(gè)采暖季燃燒天然氣排放水分超過2000萬噸、平均每天15萬噸。僅此兩項(xiàng)，我國(guó)放散濕煙氣每年就人為增加30多億噸的水分進(jìn)入大氣，加上循環(huán)水冷卻塔、鋼鐵、化工等其它行業(yè)，我國(guó)工業(yè)煙氣排放總量水平超過100億噸，夾帶著檢測(cè)達(dá)標(biāo)后的殘余污染物成分、特別是檢測(cè)不出的溶解鹽，并且主要集中在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域，分布極不均勻。由于煙氣中二氧化硫等污染成分降低，按照設(shè)計(jì)規(guī)范許多非電行業(yè)排放煙囪又比以前降低。按照常識(shí)或檢測(cè)，都可以確定這一點(diǎn)就是我國(guó)近年來大氣環(huán)保控制指標(biāo)逐年大幅降低、但霧霾卻加重的原因，是我國(guó)大氣污染控制從標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范層面必須盡快解決的問題。

3 現(xiàn)有的除濕脫白技術(shù)

我國(guó)在引進(jìn)的石灰石石膏濕法脫硫成套技術(shù)中，包含煙氣再熱器，業(yè)內(nèi)稱GGH(Gas-Gas Heater)，通過濕煙氣與干煙氣間接換熱將其溫度抬升到80°C以上排放。采用GGH只設(shè)計(jì)一組換熱器，應(yīng)用中出現(xiàn)了堵塞、腐蝕、串煙導(dǎo)致排放超標(biāo)等一些問題影響了電廠的正常運(yùn)行。隨后又引進(jìn)了熱媒循環(huán)煙氣再熱器MGGH(Media Gas-Gas Heater),采用降溫和升溫兩組換熱器分離布置，成功解決了串煙問題，腐蝕問題通過換熱器采用耐腐材料也有解決辦法，新的問題是造價(jià)過高。由于MGGH再熱器的升溫?fù)Q熱器是將濕煙氣間接升溫為干煙氣，存在腐蝕問題，為解決防腐分別采用氟塑料、或鈦合金材料換熱器，價(jià)格一直難降低。MGGH在國(guó)產(chǎn)化過程中，有些用戶只用降溫?fù)Q熱器，用軟水或環(huán)境空氣做為換熱介質(zhì)，升溫后回收利用，脫硫后濕煙氣直接排放。國(guó)外也有用戶采用輔助燃燒產(chǎn)生高溫干煙氣，與脫硫后濕煙氣混風(fēng)+升溫除進(jìn)行除濕脫白。升溫和混風(fēng)除濕脫白的共同問題是，煙氣中的水分不降低、或降低不多只有~30%，都需要另外增加能耗，因此一直倍受爭(zhēng)議，最終在兩條超低排放技術(shù)路線設(shè)計(jì)中僅做為選擇技術(shù)。

總之，我國(guó)火電鍋爐在實(shí)際大范圍推廣濕法脫硫過程中，由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的錯(cuò)誤，原有機(jī)組多拆除GGH，新建機(jī)組不用GGH，代之以防腐蝕煙囪直接濕排煙，鋼鐵、化工等其它行業(yè)也紛紛效仿，這就是導(dǎo)致我國(guó)產(chǎn)生嚴(yán)重霧霾的主要根源。

國(guó)外也確有一些企業(yè)采用濕煙氣直排，但最基本的區(qū)別是，全球的燃煤總量一半在中國(guó)、高度集中、超過環(huán)境容量，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的做法沒有多少參考價(jià)值，更不應(yīng)成為我國(guó)有關(guān)部門制定標(biāo)準(zhǔn)允許排放濕煙氣的依據(jù)。拆除、不上GGH/MGGH是錯(cuò)誤的，上了GGH/MGGH、甚至煙氣脫硫都用干法、半干法也都未必能解決我國(guó)的大氣霧霾問題。

我國(guó)火電等行業(yè)濕法脫硫采用直接噴淋冷凝為基礎(chǔ)的除濕脫白是唯一符合我國(guó)國(guó)情的治霾技術(shù)路線，有必要在多做示范項(xiàng)目不斷總結(jié)完善的基礎(chǔ)上，從法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范層面糾正現(xiàn)有的錯(cuò)誤。

4 直接噴淋除濕脫白為基---符合中國(guó)國(guó)情的唯一可行途徑

濕氣體的飽和含濕量與濕煙氣壓力和飽和溫度有關(guān)，壓力、飽和溫度越高含濕量就越高。濕法脫硫后的煙氣表壓為幾百帕的微正壓，可以近似視為恒定絕對(duì)大氣壓。在恒定大氣壓力下，濕煙氣的飽和含濕量只與飽和煙氣溫度相關(guān)，這在許多相關(guān)技術(shù)手冊(cè)中都可以查到，也可以計(jì)算。為方便討論，以1Nm3的干煙氣為基數(shù)，將其飽和含濕量與飽和溫度的關(guān)系列于表1。對(duì)于濕法脫硫、或其它濕法煙氣凈化工藝，只要排煙達(dá)到飽和狀態(tài)，只需知道、測(cè)定其飽和溫度，就知道了其飽和含濕量，避免含濕量難測(cè)定、測(cè)不準(zhǔn)。引進(jìn)濕法脫硫技術(shù)規(guī)范要求排放煙氣的水滴含量小于75μg/m3，這是飽和煙氣冷凝的部分，只占煙氣總含濕量的不足1%，所為各種機(jī)械除霧器，包括濕電、旋流、聲波等都不能除飽和蒸汽，也就是不能脫白，除非組合采用直接、間接冷凝。用氟塑料、鈦合金材料的各種間接冷凝技術(shù)，首先能冷凝的程度有限，最主要的存在投資多、占地多、阻損大、冷凝廢水處理多個(gè)問題。還可以看出，干法脫硫、除塵不能除去鍋爐煤帶水、空氣帶水，排煙含濕量是我國(guó)大氣平均值3倍，特別是獨(dú)立焦化廠焦?fàn)t煙道氣、轉(zhuǎn)爐干法除塵，干法煙氣含濕量比濕法更高，也不是脫白方案的正確選項(xiàng)。因此，直接噴淋冷凝是解決我國(guó)排煙除濕脫白的唯一可行技術(shù)。