0 引言

當(dāng)前，國內(nèi)85%以上的燃煤電廠和鋼鐵燒結(jié)采取了濕法脫硫工藝，由于FGD后無煙氣再熱裝置，煙囪采用濕煙氣排放，與溫度較低的環(huán)境大氣混合，煙氣中大量的水蒸氣遇冷凝結(jié)為小液滴，經(jīng)光線的折射或散射作用，濕煙氣呈現(xiàn)白色或者灰色，即所謂的“白煙”。隨著國家對節(jié)能減排工作的不斷深入，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)已不斷提高，排放監(jiān)督已愈發(fā)嚴(yán)格，各地市針對有色煙羽及煙氣含濕量的排放標(biāo)準(zhǔn)已陸續(xù)出臺，煙囪濕煙羽的治理已成為大勢所趨。

以臨沂市某熱力公司熱源廠為例，該熱源廠共有兩臺70MW熱水鍋爐，煙氣脫硫采用石灰石-濕法脫硫系統(tǒng)，鍋爐在70MW負(fù)荷，排煙溫度高達(dá)162℃，高溫?zé)煔庖?jīng)噴淋、脫硫等工藝從脫硫塔入口的162℃左右最終降低到50℃左右從脫硫系統(tǒng)排出，這一工藝?yán)速M了大量的能量。鍋爐排煙溫度高，煙氣體積流量增大，除了鍋爐的排煙熱損失增加，鍋爐效率下降外，還會對其后的設(shè)備如：除塵器、引風(fēng)機、脫硫塔等的安全和經(jīng)濟(jì)運行造成一定的影響。

1 鍋爐參數(shù)

鍋爐型號為：DZL70-1.6/130/70-AⅡ3，主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

兩臺鍋爐設(shè)計配套兩套布袋除塵器、兩臺引風(fēng)機、一套石灰石-石膏濕法煙氣脫硫（以下簡稱FGD）裝置、一套臭氧脫硝裝置。目前實際供暖面積240萬m，在供暖中期天氣寒冷的條件下兩臺鍋爐出力已達(dá)到130MW以上，供暖缺口較大，供熱能力亟需增加。

2 主要“濕煙羽”治理技術(shù)

傳統(tǒng)的消白煙技術(shù)（GGH、MGGH）一般采用直接加熱脫硫出口煙氣的方式，將排煙溫度直接由50℃左右加熱至80℃以上，以提高排煙溫度，提高煙氣的抬升高度，提高污染物擴(kuò)散效果為主，煙氣攜帶的石膏漿液、SO等污染物沒有從根本上脫除，未從根本上解決濕煙羽的污染物排放問題。而且該技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜，投資巨大，設(shè)備腐蝕、積灰結(jié)垢堵塞等問題頻繁發(fā)生，故障率高，回收的煙氣余熱僅僅用來加熱脫硫出口煙氣，有的甚至需要用輔汽加熱，造成能量的極大浪費。

目前消白煙技術(shù)方向是以脫硫后煙氣先冷凝再加熱路線為主。脫硫后煙氣消白需要的加熱溫度與環(huán)境溫度、環(huán)境濕度及脫硫出口的濕煙氣溫度有關(guān)。經(jīng)研究證實，55℃的濕煙氣、在10℃的環(huán)境下，需要將脫硫出口煙氣加熱至87.9℃才能將白煙完全消除；而45℃的濕煙氣、在10℃的環(huán)境下，只需要將脫硫出口煙氣加熱至57.9℃。此種技術(shù)又分為兩種路線：一種路線是增加冷水機組提供低溫凝結(jié)水對煙氣降溫。此路線的弊端是冷水機組產(chǎn)生的冷凝廢熱無法直接用于供熱而直接排放，導(dǎo)致新增廢熱排放；另一種路線是“噴淋+蒸汽驅(qū)動熱泵”，此路線可大幅降低污染物排放，但需要蒸汽驅(qū)動熱泵，蒸汽耗量大且對于大多數(shù)熱水鍋爐系統(tǒng)無法使用。

2.1 MGGH技術(shù)

MGGH技術(shù)（Mitsubishi recirculated nonleak type gasgas heater，MGGH低低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)）是由日本三菱公司開發(fā)，其基本工藝為：用原煙氣加熱熱媒水，然后用熱媒水加熱脫硫后的凈煙氣。后來三菱公司通過研究改進(jìn)采用了MGGH移至空氣預(yù)熱器后、除塵器前的布置方案，它使進(jìn)入除塵器的煙溫控制在90℃左右，與之配套的低低溫電除塵器采用較小的SCA即可實現(xiàn)較低的粉塵排放。

如圖1所示，MGGH一般由煙氣冷卻段和煙氣再熱段兩部組成。煙氣降溫段可布置在空預(yù)器與電除塵器之間、電除塵器與引風(fēng)機之間、引風(fēng)機與脫硫吸收塔之間。實際改造時一般布置在空預(yù)器與電除塵器之間、引風(fēng)機與脫硫吸收塔之間、也可能分兩級布置在兩個位置。

圖1 MGGH原理圖

MGGH技術(shù)主要技術(shù)特點有：布置在除塵器前可以提高電除塵的除塵效率，同時由于風(fēng)機流量降低，可以降低風(fēng)機的能耗，減少因為換熱器阻力增加產(chǎn)生的能耗；克服了傳統(tǒng)GGH易堵塞和SO泄露等問題；原煙氣與凈煙氣完全隔離，不會對凈煙氣造成污染；可有效調(diào)節(jié)煙氣加熱后的排煙溫度。

只要在脫硫前后有布置煙氣換熱空間的電廠均可使用，目前國內(nèi)絕大多數(shù)電廠都具備應(yīng)用條件。

2.2 冷凝+再熱技術(shù)

煙氣通過冷凝降溫后，煙氣中的水汽凝結(jié)析出后，通過除霧器等裝置捕集，煙氣的含濕量大大降低。之后再經(jīng)過煙氣再熱裝置，通過提升煙氣溫度有效消除“濕煙羽”。由于煙氣中溫度和含濕量降低，因此可有效降低煙溫升高的幅度，節(jié)約熱源消耗。一般煙氣溫度越高、環(huán)境溫度越低、環(huán)境相對濕度越高，煙溫需要提升幅度降低的越明顯。

由于冷凝裝置一般與再熱裝置是兩個獨立系統(tǒng)，冷凝與加熱技術(shù)可根據(jù)實際情況選擇前述各種方式互相組合。

冷凝再熱復(fù)合技術(shù)的主要技術(shù)特點有：降溫過程中，可有效降低煙氣中煙塵、SO、Hg等污染物的濃度，并回收煙氣中的大量冷凝水，實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)零水耗；煙氣含濕量降低后，煙氣升溫幅度可大幅降低，節(jié)約加熱熱源的消耗，降低機組能耗；可以在冬季實現(xiàn)有效消除“濕煙羽”現(xiàn)象。

在環(huán)境溫度低于15℃時，常規(guī)加熱到75℃到80℃時，仍然會有“濕煙羽”現(xiàn)象。因此，該技術(shù)適合于常年平均低溫低于15℃的地區(qū)的電廠采用。

根據(jù)當(dāng)?shù)氐睦湓?、電廠設(shè)備狀況及環(huán)境情況，可根據(jù)情況采用直接冷凝、間接冷凝。冷源可采用水冷、空冷等方式。根據(jù)熱網(wǎng)水等情況，可采用熱泵或空冷塔等形式。

煙氣再熱技術(shù)的選擇根據(jù)現(xiàn)場場地、環(huán)保要求、投資、阻力等多種因素綜合考慮確定。

3 本項目改造方案

采用“煙氣冷凝+再熱”的技術(shù)路線，可分為煙溫自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、高品質(zhì)煙氣余熱回收系統(tǒng)、低品質(zhì)煙氣余熱噴淋換熱及高效熱泵余熱提取系統(tǒng)。系統(tǒng)整合先進(jìn)的余熱回收利用技術(shù)、高效傳熱、高效熱泵等技術(shù)，充分回收鍋爐煙氣余熱廢熱用于居民供暖，實現(xiàn)能量的梯級利用，對煙氣中的SO及石膏等污染物有較好的二次脫除作用，真正實現(xiàn)節(jié)能減排、清潔供暖，達(dá)到能源和污染物的雙重“零排放”。

系統(tǒng)將鍋爐尾部煙氣按余熱品質(zhì)高中低分三個梯級利用：高品質(zhì)的余熱提質(zhì)后用作吸收式熱泵驅(qū)動熱源，與傳統(tǒng)再熱技術(shù)相比，換熱溫差大為降低，相應(yīng)的不可逆損失也較??；中品質(zhì)的煙氣余熱用于噴淋塔出口的煙氣再熱；低品質(zhì)的煙氣余熱被噴淋式換熱器回收后用作吸收式熱泵的冷源，噴淋換熱過程同時完成煙氣的冷凝過程。余熱的兩次利用過程所獲取的能量用于增加供熱，可提高機組供熱能力7%以上。（圖2）

圖2 煙氣余熱深度利用供暖項目技術(shù)路線圖

3.1 高品質(zhì)余熱源（高溫?zé)煔?60℃→110℃）（圖3）

圖3 高溫?zé)煔庥酂峄厥赵韴D

鍋爐里的煤燃燒以后，廢氣（稱為煙道氣）往煙囪里排出去，此時煙道氣的溫度還很高，讓它在離開鍋爐的燃燒室、進(jìn)入煙囪之前，流過一個列管換熱器，使它的余熱把換熱器內(nèi)流過的水加熱，可以制取100~120℃的高溫?zé)崴?，能作為吸收式熱泵的?qū)動熱源。

煙氣-水換熱器的主要作用是吸收煙氣余熱加熱吸收式熱泵驅(qū)動水，降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率。

3.2 中品質(zhì)余熱源（煙氣溫度110℃→85℃/35℃→60℃）（可暫不實施）（圖4）

圖4 中溫?zé)煔庥酂峄厥赵韴D

熱管換熱器由煙氣冷卻段和煙氣再熱段兩部組成。煙氣降溫段布置在引風(fēng)機與脫硫吸收塔之間，煙氣再熱段布置在脫硫塔前部煙道。

3.3 低品質(zhì)余熱源（煙氣溫度50℃→35℃）

圖5 低溫?zé)煔庥酂峄厥赵韴D

①回收水蒸氣的凝結(jié)潛熱，就要使煙氣溫度降低到水露點溫度以下；②煤鍋爐排煙水露點溫度：55~60℃；③煙氣溫度降低至35℃，會有60%左右的水蒸氣冷凝。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

經(jīng)測算，該項目總投資1820萬元，額定負(fù)荷兩臺鍋爐可以回收16.34MW的熱量，可新增供熱面積34.8萬m。

供熱收入=34.8萬m×23元/m=800.4萬元。

每年供熱凈收益=供熱收益-設(shè)備運行電費-運維費用=800.4萬元-270.1萬元-50萬元=480.3萬元。

靜態(tài)投資回收期：1820萬元÷480.3萬元/年=3.79年。

項目總投資1820萬元，額定負(fù)荷兩臺鍋爐可以回收16.34MW的熱量，可新增供熱面積34.8萬m，采暖季收益800.4萬元，年運行費用320.1萬元，年凈收益480.3萬元，靜態(tài)投資回收期3.79年。

取暖季脫硫塔出口溫度由50~55℃降低至35℃左右，回收煙氣中57%以上的水蒸氣含量，可有效實現(xiàn)降低能耗、增加供熱面積、節(jié)水、消除“濕煙羽”等多種目的，煙囪白煙現(xiàn)象得到較大改善。

5 結(jié)語

目前各地出臺的政策以限定煙氣的排煙濕度和排煙溫度為主，并未對消白煙的效果提出明確要求，對于燃煤供熱工業(yè)鍋爐的濕煙羽治理，應(yīng)充分回收利用煙氣的熱量，提高一次能源利用效率，按照余熱廢熱“減量化、資源化、再利用”的開發(fā)思路，經(jīng)多路線比對，可采用“煙氣冷凝+再熱”的技術(shù)路線，先期采用“冷凝、除濕”路線進(jìn)行煙氣消白及余熱利用改造，通過降低噴淋水溫度來降低排煙溫度，最終達(dá)到降低煙氣含濕量的效果。同時可將富余的熱量用于加熱熱網(wǎng)回水，為廠區(qū)及附近熱用戶供熱，增加經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。

本煙氣余熱深度回收及消白煙系統(tǒng)順應(yīng)了市場發(fā)展的趨勢，在消除白煙的同時可以將提取的熱量用于增加供暖，且相關(guān)熱泵技術(shù)、換熱技術(shù)較為成熟，運行風(fēng)險低，節(jié)能效果好，是一項極具市場潛力和競爭優(yōu)勢的技術(shù)。