張志斌

(山西綠標(biāo)環(huán)?？萍加邢薰?，山西 太原 030000)

在燃煤機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的煙氣需要經(jīng)過(guò)濕法脫硫設(shè)備進(jìn)行處理并排放，在排放階段會(huì)形成白色煙羽，所謂白色煙羽就是攜帶了極細(xì)微顆粒物與氣溶膠的污染物質(zhì)，它對(duì)環(huán)境所造成的負(fù)面影響極大。雖然目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)提出了有關(guān)治理燃煤機(jī)組濕法脫硫的相關(guān)規(guī)范，并對(duì)機(jī)組煙氣脫白提出了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上其執(zhí)行操作還是存在一定的難度，需要通過(guò)冷凝方法有效降低濕法脫硫中煙氣的含濕量，并提高排煙溫度，如此可有效消除白色煙羽部分。

1 煙氣脫白治理的基本背景與必要性

1.1 基本背景

一般來(lái)說(shuō)，利用煙氣脫白治理可有效遏制工業(yè)排放中所產(chǎn)生的大量白色煙羽。在燃煤機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中是會(huì)產(chǎn)生較高含量的煙氣，這種煙氣在排放溫度低于煙氣霧點(diǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致生成白色煙羽，而白色煙羽則是一種重度污染物。雖然截止到2019年上半年，我國(guó)超過(guò)80%的燃煤機(jī)組已經(jīng)完成了超低排放改造，就目前來(lái)看，我國(guó)的煙氣顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)基本已經(jīng)控制在在5 mg/m3范圍內(nèi)，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。但實(shí)際上在燃煤機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中依然會(huì)產(chǎn)生白色煙羽，這就說(shuō)明產(chǎn)生這種極細(xì)煙氣顆粒物的根本原因不在于生產(chǎn)排放，而在于濕法脫硫系統(tǒng)。在濕法脫硫過(guò)程中，煙氣水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，在與冷凝微顆粒物相遇后其煙氣飽和并產(chǎn)生極細(xì)微顆粒物，如，硝酸鹽、硫酸鹽以及氣溶膠等。白色煙羽中所產(chǎn)生的細(xì)微顆粒被學(xué)術(shù)界認(rèn)為是當(dāng)前中國(guó)霧霾嚴(yán)重的根本誘因之一。就目前我國(guó)所倡導(dǎo)的綠色工業(yè)生產(chǎn)、綠色環(huán)保施工理念來(lái)看，必須對(duì)白色煙羽治理方面加以重視，避免其所帶來(lái)的諸多消極影響。所以，自2017年開(kāi)始，我國(guó)諸多煤炭化工產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)省份也紛紛開(kāi)始改變生產(chǎn)戰(zhàn)略，取消燃煤鍋爐，希望推動(dòng)地方工業(yè)化工企業(yè)與排污企業(yè)對(duì)煙氣脫白處理技術(shù)的有效改善提升[1]。

1.2 必要性

在濕法脫硫生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的工業(yè)煙氣量大且難以處理，還會(huì)產(chǎn)生白色煙羽重度污染環(huán)境。就濕法脫硫本身而言，它所產(chǎn)生的煙氣濕度高，主要通過(guò)工業(yè)煙囪排放，以霧滴形式被釋放到大氣中。這種煙氣中存在大量的硫酸鹽、硝酸鹽以及脫硫、脫硝劑等溶質(zhì)物質(zhì)成分，在霧滴進(jìn)入大氣失去水分干燥以后，其中的各種化學(xué)鹽堿類(lèi)物質(zhì)就會(huì)被析出并形成極細(xì)微顆粒物。這種顆粒物如果從空氣當(dāng)量學(xué)的角度分析，它的粒徑甚至要小于PM2.5空氣當(dāng)量學(xué)直徑，質(zhì)量較輕，表面積較大，能夠長(zhǎng)期漂浮于空氣中，俗稱為二次顆粒物。二次顆粒物在空氣中長(zhǎng)期靜穩(wěn)懸浮，當(dāng)再度出現(xiàn)濕度較大天氣時(shí)，它還會(huì)集合空氣中的水分并富集擴(kuò)大，形成霧霾。所以，燃煤機(jī)組濕法脫硫生產(chǎn)后所產(chǎn)生的的白色煙羽就是霧霾產(chǎn)生的主要原因，即便某些燃煤機(jī)組的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但依然會(huì)因此而產(chǎn)生污染效應(yīng)。因此有必要進(jìn)一步提升燃煤機(jī)組的污染治理效應(yīng)，合理利用煙氣脫白工程技術(shù)[2]。

2 白色煙羽的形成過(guò)程與消除機(jī)理

2.1 白色煙羽的形成過(guò)程

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下，基于不同溫度背景下所存在的相對(duì)濕度為100%，由此所散發(fā)的煙氣和水蒸氣可形成一定的含濕量曲線，如圖1所示。

圖1 大氣溫度與含濕量關(guān)系曲線示意圖

如圖1，曲線上方代表了水蒸氣過(guò)飽和區(qū)域，該區(qū)域中水蒸氣會(huì)發(fā)生相變冷凝進(jìn)而轉(zhuǎn)化為液態(tài)形態(tài)；反觀曲線下方代表了水蒸氣不飽和區(qū)域，該區(qū)域中水蒸氣不會(huì)發(fā)生凝結(jié)。就目前我國(guó)燃煤機(jī)組的濕法脫硫技術(shù)實(shí)踐來(lái)看，在生產(chǎn)排放過(guò)程中的溫度大約控制在40 ℃～60 ℃左右，所排放煙氣中的水蒸氣呈現(xiàn)近似飽和狀態(tài)，煙氣在排放過(guò)程中就會(huì)經(jīng)歷圖1中所描述的O-A-B-C轉(zhuǎn)化過(guò)程。從轉(zhuǎn)化過(guò)程整體變化看，其環(huán)境溫度始終低于煙氣溫度，煙氣首先從狀態(tài)O降低溫度到相對(duì)的液化狀態(tài)(100%)A時(shí)，煙氣溫度與煙氣含濕度關(guān)系曲線會(huì)同時(shí)達(dá)到B點(diǎn)狀態(tài)。在該過(guò)程中所排放煙氣的水蒸氣會(huì)實(shí)現(xiàn)冷凝轉(zhuǎn)化最終形成液態(tài)狀態(tài)，此時(shí)即會(huì)產(chǎn)生白色煙羽。產(chǎn)生白色煙羽以后煙氣溫度會(huì)降至C點(diǎn)環(huán)境溫度狀態(tài)，其含濕量恰好處于非飽和狀態(tài)，白色煙羽此時(shí)即會(huì)消失[3]。

2.2 白色煙羽的消除機(jī)理

一般可采用煙氣再熱技術(shù)、冷凝技術(shù)以及冷凝再熱復(fù)合技術(shù)治理白色煙羽。在煙氣再熱過(guò)程中，煙氣會(huì)經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的轉(zhuǎn)化過(guò)程，從被排出煙囪的那一刻通過(guò)熱交換確保煙氣狀態(tài)溫度一直上升到D位置，而煙氣在進(jìn)入大氣環(huán)境后則會(huì)降溫，整個(gè)階段對(duì)白色煙羽的抑制處理效果是相當(dāng)明顯的。當(dāng)然，它在合理有效抑制白色煙羽之余也能應(yīng)用于生產(chǎn)減排與節(jié)能等過(guò)程中。當(dāng)煙氣冷凝后再熱復(fù)合時(shí)，煙氣狀態(tài)變化過(guò)程又不相同，它主要會(huì)經(jīng)歷O-E-F-C階段，煙氣首先會(huì)被冷凝到E狀態(tài)，此時(shí)煙氣含濕量下降，然后被加熱到狀態(tài)F后再進(jìn)入大氣，進(jìn)入大氣后轉(zhuǎn)化為狀態(tài)C，由于在該過(guò)程中煙氣始終都處于一種水蒸氣不飽和狀態(tài)，因此白色煙羽也不會(huì)產(chǎn)生。

3 針對(duì)白色煙羽的煙氣脫白工程技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

目前企業(yè)生產(chǎn)最需要控制的就是在生產(chǎn)中所產(chǎn)生的大量白色煙羽，企業(yè)需要對(duì)自身燃煤機(jī)組進(jìn)行改造，圍繞煙氣脫白這一核心技術(shù)展開(kāi)相關(guān)操作。以下簡(jiǎn)單探討了針對(duì)白色煙羽煙氣脫白工程的兩點(diǎn)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用。

3.1 除鹽水+煙氣冷卻器增加蒸汽+煙氣加熱技術(shù)

除鹽水+煙氣冷卻器增加蒸汽+煙氣加熱器技術(shù)雖然相對(duì)流程復(fù)雜，所涉及技術(shù)處理設(shè)備較多，但它在煙氣脫白方面效果顯著。該技術(shù)運(yùn)用了MGGH降溫段與升溫段兩方面技術(shù)，可將它們視為是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)部分，如圖2[4]。

圖2 除鹽水+煙氣冷卻器增加蒸汽+煙氣加熱器技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用流程圖

如圖2中技術(shù)可被應(yīng)用于燃煤機(jī)組鍋爐(2×75 t/h)中，煙氣冷卻器則被布置于脫硫引風(fēng)機(jī)中，確保鍋爐在常溫狀態(tài)下也能將煙氣溫度從150 ℃左右調(diào)整降低到100 ℃左右。該技術(shù)的相對(duì)除鹽水溫度可控制在17.5 ℃～20.5 ℃范圍內(nèi)，保證煙氣與除鹽水中的溫差不會(huì)過(guò)大。另外，它的煙氣冷卻器換熱面積相當(dāng)小，可有效節(jié)省占地空間，可考慮在升溫段設(shè)置蒸汽煙氣換熱器，利用它將煙氣升溫至少30 ℃左右，并將降溫段的余熱量控制在3 100 kW左右，有效減少除氧器中的蒸汽消耗。在該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，吸收塔中的煙氣溫度會(huì)自然降低(從60 ℃降低到50 ℃)，合理減少脫硫設(shè)備的耗水量，平均水耗量降低7.5 t/h，如此可減輕煙氣脫白壓力。而對(duì)于煙氣部分的處理可采用0.8 MPa～1.0 MPa的供熱蒸汽進(jìn)行加熱處理，此時(shí)煙氣會(huì)從50 ℃被加熱到80 ℃以上，該過(guò)程需要大約2 800 kW熱量，相比于傳統(tǒng)加熱處理方法可節(jié)約至少300 kW熱量，節(jié)能效果顯著[5]。

3.2 煤質(zhì)式氣-氣換熱器技術(shù)

如圖3這種煤質(zhì)式氣-氣換熱器是目前比較常見(jiàn)的煙氣脫白氣氣交換處理技術(shù)代表，它將導(dǎo)熱油、鹽水等作為基本媒質(zhì)，對(duì)比傳統(tǒng)氣氣換熱技術(shù)它不會(huì)造成二氧化硫逃逸問(wèn)題，屬于一種典型的無(wú)泄漏式熱媒體煙氣換熱機(jī)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，它迎合了煙氣脫白技術(shù)原理，其中就包括了煙氣降溫、升溫兩大階段。在具體的工程實(shí)踐應(yīng)用中可在煤質(zhì)式氣-氣換熱器的升溫段設(shè)置氣-水管式換熱器，對(duì)煙氣進(jìn)行降溫，保證飽和煙氣中的水蒸氣被合理化冷凝，然后將收集到的冷凝水進(jìn)行加堿處理，再重復(fù)利用。經(jīng)過(guò)實(shí)踐表明，以300 MW機(jī)組為例，它的可回收冷凝水量至少達(dá)到30 t/h。

煤質(zhì)式氣-氣換熱器的降溫段可分為高灰布置與低灰布置兩種布置方式。以高灰布置為例，它會(huì)在除塵階段之前設(shè)置專(zhuān)屬降溫段，有效降低除塵器中的煙氣溫度與煙氣量，有效提高整體生產(chǎn)除塵效率。當(dāng)然，考慮到系統(tǒng)運(yùn)行成本相對(duì)偏高，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，操作技術(shù)難度偏大，存在一定煙氣阻力。當(dāng)然，煙氣脫白改造項(xiàng)目的可利用場(chǎng)地要求較高，所以在具體的處理實(shí)踐過(guò)程中還需要實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)內(nèi)容的相對(duì)簡(jiǎn)化，如可引進(jìn)漿液冷卻配合蒸汽-煙氣加熱技術(shù)過(guò)程，有效降低脫硫塔的水量蒸發(fā)量，保證煙氣冷卻后冷凝水被完全回收到吸收塔之內(nèi)，保證塔內(nèi)水始終處于平衡狀態(tài)[6]。

圖3 煤質(zhì)式氣-氣換熱器示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

目前企業(yè)燃煤機(jī)組化工生產(chǎn)過(guò)程中所能采用的脫白工程技術(shù)還是相當(dāng)豐富的，這些技術(shù)在煙氣白羽處理方面上都具有一定針對(duì)性，在具體的生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中還需要結(jié)合具體技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行具體分析，結(jié)合地方現(xiàn)實(shí)狀況充分考慮環(huán)境條件、煙氣參數(shù)以及相關(guān)環(huán)保要求，提出最為行之有效的煙氣脫白技術(shù)發(fā)展路線。