張星 林科 季元良 蔣海濤

摘要： 針對(duì)堿回收爐煙氣的特殊性進(jìn)行研究，通過分析煙氣消白的技術(shù)原理、對(duì)比煙氣消白的常用技術(shù)路線，得出堿回收爐煙氣消白的合理解決方案;并結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)堿回收爐煙氣消白的實(shí)際效果進(jìn)行驗(yàn)證分析。

關(guān)鍵詞：堿回收爐;煙氣消白;余熱回收;工程實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TS733+.9? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.10.013

Abstract： Aiming at the particularity of flue gas of alkali recovery furnace， the technical principle of flue gas eliminating was studied， comparing the common technical routes of flue gas eliminating， a reasonable solution for flue gas eliminating of alkali recovery furnace was suggested. Combining with engineering practice， the actual effect of flue gas eliminating of alkali recovery furnace was verified and analyzed.

Key words： alkali recovery furnace; flue gas eliminating; waste heat recovery; engineering practice

堿回收爐是造紙廠制漿生產(chǎn)線的核心設(shè)備，其燃料造紙黑液由蒸煮車間產(chǎn)生。造紙黑液由于含有大量的堿金屬和水分，燃燒生成的煙氣在排入大氣的過程中因溫度降低，煙氣中部分汽態(tài)水和污染物發(fā)生凝結(jié)，在煙囪出口形成霧狀水汽。霧狀水汽因天空背景色和天空光照、觀察角度等原因發(fā)生顏色的細(xì)微變化，形成“有色煙羽”（俗稱“大白煙”）。

濕煙氣機(jī)械攜帶的液滴中含有大量鹽類，排放煙氣中的水液滴蒸發(fā)后產(chǎn)生數(shù)量龐大且粒徑微小的鹽類顆粒物，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

目前，上海市、浙江省、天津市、邯鄲市等地區(qū)相繼出臺(tái)了消除有色煙羽、濕煙羽的地方標(biāo)準(zhǔn)，表明各地對(duì)濕煙羽問題的重視。本文分析了煙氣消白技術(shù)原理和技術(shù)路線，并結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)堿回收煙氣消白的實(shí)際效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 消白煙原理

飽和濕煙氣濕度隨溫度變化的曲線如圖1所示。曲線上方的部分為過飽和區(qū)域，此區(qū)域有水分凝結(jié)析出，產(chǎn)生白煙;曲線下方為未飽和區(qū)域，此區(qū)域煙氣冷卻過程中無白煙產(chǎn)生。圖1中B點(diǎn)為濕煙氣在煙囪出口的狀態(tài)點(diǎn)，E點(diǎn)為環(huán)境空氣狀態(tài)點(diǎn)。當(dāng)濕煙氣從煙囪排出與環(huán)境空氣混合時(shí)，溫度和含濕量下降，煙氣狀態(tài)沿飽和曲線BCD變化，煙氣處于過飽和狀態(tài)時(shí)，氣態(tài)水凝結(jié)形成小液滴，出現(xiàn)濕煙羽。D點(diǎn)到E點(diǎn)表示煙氣與空氣進(jìn)一步混合，濕煙羽消散。因此煙氣消白的主要原理就是通過改變煙氣溫度、濕度，使煙氣在排放過程始終處于未飽和的狀態(tài)[1]。

煙氣消白不僅要消除“冒白煙”的視覺污染，更重要的是要消除煙氣中的污染物。煙氣中含有大量水蒸氣，水蒸氣中含有較多的溶解性鹽、SO2、凝膠粉塵、微塵等細(xì)顆粒物，這些細(xì)顆粒物粒徑很小、難以被傳統(tǒng)的除塵設(shè)備有效脫除，因此，通過物理或化學(xué)作用使細(xì)顆粒物團(tuán)聚形成較大顆粒是提高其脫除效率的有效途徑[2]。煙氣在冷凝過程中，水蒸氣以細(xì)顆粒物為凝結(jié)核在其表面發(fā)生核化凝結(jié)，使細(xì)顆粒物成為粒徑較大的含塵液滴，然后經(jīng)除塵、除霧設(shè)備高效捕集，從而消除煙氣中的污染物。

2 技術(shù)路線

目前煙氣消白常用的技術(shù)路線有3大類型：煙氣加熱、煙氣冷凝、煙氣冷凝再加熱。各技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)方式及消白效果對(duì)比見表1[1]。

常規(guī)火電鍋爐由于多采用濕法脫硫，煙氣溫度已經(jīng)降低至較低水平。堿回收爐有超低SO2排放的特性[3]，現(xiàn)代堿回收爐SO2排放濃度可以低于2.9 mg/m3[4]，一般堿回收爐煙氣中SO2的排放濃度低于143 mg/m3，且經(jīng)常性的維持在28.6 mg/m3以下[5]。因而堿回收爐不配置脫硫裝置，煙氣含濕量大、排煙溫度高，與常規(guī)火電鍋爐煙氣消白相比，堿回收爐的煙氣消白難度很大。因此合理選擇技術(shù)路線對(duì)堿回收爐煙氣消白尤為關(guān)鍵。

3 技術(shù)改造方案

煙氣消白技術(shù)路線應(yīng)用于四川某造紙廠12萬t/a生活用紙技術(shù)改造項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用武漢鍋爐廠制造的堿回收爐，堿回收爐固形物處理量為800 t/d。堿回收爐設(shè)計(jì)煙氣量500000 m3/h（工況），排煙溫度165℃。煙氣中水蒸氣含量高達(dá)26.6%，其水露點(diǎn)高達(dá)67℃。

根據(jù)堿回收爐運(yùn)行狀況，結(jié)合當(dāng)?shù)啬昶骄h(huán)境溫度10℃，大氣相對(duì)濕度83%的情況，煙氣消白對(duì)應(yīng)的理論參數(shù)見表2。

從表2可以看出，堿回收爐的煙氣含水量很高，如果不對(duì)煙氣進(jìn)行除濕，煙氣消白所需的煙氣再熱溫度就會(huì)非常高。如果先對(duì)煙氣除濕脫水，煙氣消白所需的再熱溫度則要小得多，從而降低煙氣再熱所需的能量消耗，且隨著煙氣再熱前降溫幅度的增加，煙氣消白所需的再熱溫度大幅減小。如果不對(duì)煙氣進(jìn)行冷凝而直接再加熱，需將煙氣再加熱至230℃左右;采用冷凝換熱器間接換熱降溫，可將煙氣溫度降低5～10℃，即煙氣溫度從67℃降低至62～57℃，此時(shí)需將煙氣再加熱至165℃左右;采用噴淋降溫可以將煙氣溫度降低25～30℃，即煙氣溫度從67℃降低至42～37℃，此時(shí)僅需將煙氣再加熱至60℃左右。

鑒于以上分析，采用煙氣冷凝再加熱的技術(shù)路線，通過噴淋降溫塔，對(duì)煙氣進(jìn)行大幅除濕脫水，通過MGGH方式將凈煙氣再熱升溫;同時(shí)考慮經(jīng)MGGH降溫后的煙氣溫度仍然較高，可對(duì)此部分煙氣熱量進(jìn)行余熱回收，回收的煙氣余熱可為造紙洗篩等工藝提供熱水，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)流程圖如圖2所示，主要設(shè)備見表3。

煙氣冷卻器處的煙氣溫度較高，煙氣腐蝕性相對(duì)較低，采用ND鋼材可充分防止煙氣腐蝕，從而降低設(shè)備造價(jià)。H型翅片管不僅有效地增加了換熱面積，同時(shí)也有利于煙氣的流動(dòng)和對(duì)積灰的沖刷。

余熱回收換熱器處的煙氣溫度較低，在堿回收爐負(fù)荷較低時(shí)，煙氣會(huì)降至酸露點(diǎn)甚至到水露點(diǎn)以下，因此煙氣的腐蝕性極強(qiáng)。余熱回收換熱器采用氟塑料光管換熱器，具有優(yōu)異的耐腐蝕、低阻力、不粘灰、耐老化等特性。

噴淋降溫塔殼體采用碳鋼內(nèi)襯2205的形式，沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置了均流板、噴淋層、除霧器。

煙氣加熱器布置在噴淋降溫塔出口的豎直煙道上，采用2205光管與316L螺旋翅片管組合的結(jié)構(gòu)形式，耐煙氣腐蝕，且布置方便。

系統(tǒng)設(shè)置了冷卻塔、換熱器對(duì)噴淋水進(jìn)行降溫，從而保證了噴淋水的循環(huán)使用。

4 工程應(yīng)用效果

機(jī)組投運(yùn)后，對(duì)堿回收爐的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。部分代表性數(shù)據(jù)見表4。

從實(shí)際的運(yùn)行實(shí)踐中，可總結(jié)以下規(guī)律及經(jīng)驗(yàn)。

（1）環(huán)境溫度越低、濕度越大，白煙越不容易消除。在堿回收爐運(yùn)行基本穩(wěn)定的時(shí)間段，各部分煙氣溫度基本維持不變，隨著溫度降低或濕度加大，煙囪會(huì)出現(xiàn)輕微白煙現(xiàn)象。而當(dāng)濕度超過96%時(shí)，白煙會(huì)非常明顯。

（2）噴淋降溫效果非常好。噴淋降溫塔中冷卻水與煙氣直接接觸換熱，可以將煙氣溫度降至較低水平，煙氣中大部分水分冷凝析出。以煙氣溫度降至30℃為例，此時(shí)煙氣濕度4.2%;與飽和濕煙氣溫度67℃、濕度26.6%相比，煙氣濕度降低了22.4個(gè)百分點(diǎn)，除濕量達(dá)84.4%，脫除了煙氣中的大部分水分，同時(shí)，水蒸氣中的溶解性鹽、SO2、凝膠粉塵、微塵等細(xì)顆粒物也隨之脫除。

（3）噴淋降溫塔前設(shè)置的煙氣冷卻器和余熱回收兩級(jí)換熱器，根據(jù)環(huán)境溫度、濕度、白煙情況，可靈活調(diào)節(jié)每級(jí)換熱器的降溫幅度，合理分配原煙氣的熱量，分別用于消除白煙和余熱回收。從而在滿足環(huán)保要求的條件下，盡可能多地進(jìn)行余熱回收，增加經(jīng)濟(jì)效益。

（4）噴淋降溫塔噴淋水與煙氣的端差應(yīng)合理。循環(huán)噴淋水量由變頻泵調(diào)節(jié)，隨著水量的增加，煙氣溫度逐漸降低;但冷卻水與煙氣的端差為1～3℃時(shí)，煙氣溫度趨于穩(wěn)定，再繼續(xù)增加循環(huán)水量，不僅收效甚微，還增大了運(yùn)行電耗，提高了運(yùn)行成本。

（5）低負(fù)荷工況。在堿回收爐啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)，煙氣冷卻器出口煙溫較低，此時(shí)應(yīng)注意控制煙氣冷卻器的吸熱幅度，防止受熱管金屬腐蝕、積灰。

5 結(jié) 論

通過分析煙氣消白的技術(shù)原理、對(duì)比煙氣消白的常用技術(shù)路線，針對(duì)堿回收爐煙氣消白的特殊性進(jìn)行研究，并結(jié)合工程實(shí)踐，可以得出以下結(jié)論。

（1）煙氣冷凝再加熱是較合理的煙氣消白技術(shù)路線，方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，盡可能對(duì)煙氣進(jìn)行深度冷凝。

（2）噴淋降溫有較強(qiáng)的降溫除濕效果，適用于含濕量較大的煙氣處理。

（3）煙氣降溫除濕的同時(shí)，煙氣中的溶解性鹽、SO2、凝膠粉塵、微塵等細(xì)顆粒物也隨之脫除。不僅消除了“冒白煙”的視覺污染，也大幅減少了污染物的排放。

（4）煙氣消白過程中可以適當(dāng)考慮煙氣余熱回收利用，提高經(jīng)濟(jì)性。

（5）環(huán)境濕度大于90%時(shí)，煙氣消白難度大，建議理性對(duì)待。

參考文獻(xiàn)

[1] DENG Zeng-fu. Application of MGGH Composite Technology for Wet Plume Treatment[J]. Coal and Chemical Industry， 2018， 41（11）： 153.

鄧增幅. MGGH復(fù)合技術(shù)應(yīng)用于濕煙羽治理[J]. 煤炭與化工， 2018， 41（11）： 153.

[2] BAO Jing?jing. Study on the Nucleation and Growth of Fine Particles in Flue Gas Promoted by Heterogeneous Condensation of Water Vapor[J]. Advanced Engineering Sciences， 2017， 49（5）： 171.

鮑靜靜. 水汽相變促進(jìn)煙氣中細(xì)顆粒物成核長大特性研究 [J]. 工程科學(xué)與技術(shù)， 2017， 49（5）： 171.

[3] JIN Fuming. Technical Analysis on Emission Control Method of Recovery Boiler[J]. China Pulp & Paper， 2018， 37（3）： 64.

靳福明. 堿回收爐煙氣排放及控制措施可行性技術(shù)分析[J]. 中國造紙， 2018， 37（3）： 64.

[4] Tran H， Frederick W J， Iisa K， et al. Relationship between SO2 emission and precipitator dust composition in recovery boilers[C]// TAPPI Engineering Conference. Atlanta， GA， 2000.

[5] QI Yongyi. The Standard Issue of NOx Emission of Chemical Recovery Boiler[J]. China Pulp & Paper， 2016， 35（10）： 53.

戚永宜. 堿回收爐煙氣NOx排放面臨的問題[J]. 中國造紙， 2016， 35（10）： 53.

（責(zé)任編輯：董鳳霞）