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        GHH+煙氣冷凝再熱技術(shù)的濕煙羽 治理工程分析與探究

        2022-11-18 01:41:36盧遙山西省陽泉生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心
        節(jié)能與環(huán)保 2022年10期
        關(guān)鍵詞:管束煙道冷凝

        文_盧遙 山西省陽泉生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心

        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。由于煙囪采用濕煙氣排放,煙囪出口處出現(xiàn)大量液態(tài)凝結(jié)水,形成“濕煙羽”(俗稱大白煙、白霧等)。特別是冬季時,濕煙羽相當(dāng)嚴(yán)重,對周邊產(chǎn)生一定的視覺污染。

        隨著我國節(jié)能減排力度的加大,排污監(jiān)管也越來越嚴(yán)格。煙道排煙以濕煙為主,在煙道出口產(chǎn)生了大量的液體凝結(jié)水。尤其是在冬季,潮濕的煙羽較為嚴(yán)重,對周圍環(huán)境造成了一定的影響。為消除電廠“濕煙羽”的視覺污染,減少周邊居民對電廠污染的偏見,“濕煙羽”的治理逐漸提上日程。

        1 概況

        1.1 項目概況

        某工程中,燒結(jié)機后面設(shè)置了兩臺雙室四電場除塵器,在經(jīng)過除塵后,首先通過2個導(dǎo)風(fēng)管進(jìn)入引風(fēng)機,再匯合后經(jīng)過增加風(fēng)機進(jìn)入煙氣脫硫塔。脫硫采用工藝為川崎撞擊石灰石-石膏法,于2011年12月投運。2014年脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造,處理SO2能力從原來的3000mg/m3提升至6000mg/m3。

        1.2 設(shè)備概況

        1.2.1 燒結(jié)機

        擁有兩臺265m2燒結(jié)機,其中2#燒結(jié)機2006年建成投產(chǎn),設(shè)計生產(chǎn)能力550萬t。主要工藝為以高爐返礦、冷篩返礦作為底料,焦?fàn)t煤氣作為點火源,通過下抽風(fēng)箱裝置,煅燒鐵礦石、溶劑等原燃料,成品燒結(jié)礦經(jīng)過環(huán)冷、冷篩系統(tǒng)進(jìn)入高爐上料系統(tǒng)。

        1.2.2 除塵器

        機頭采用電除塵器工藝,布置雙室四電場除塵器,除塵器出口煙塵濃度設(shè)計為50mg/Nm3。

        1.2.3 脫硫裝置

        近年完成脫硫系統(tǒng)二次改造,由原來鼓泡工藝改為噴淋工藝,以滿足目前的國標(biāo)排放要求,設(shè)計達(dá)標(biāo)能力SO2可達(dá)200mg/m3以下,脫硫塔出口處的煙氣參數(shù)見表1。

        1.2.4 增壓風(fēng)機

        型式為靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機,型號TA46636-82。系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時,增壓風(fēng)機出口壓力2000Pa左右,壓頭余量1500Pa。

        2 治理方案選擇

        2.1 工程數(shù)據(jù)確定

        2.1.1 設(shè)計參考煙氣參數(shù)

        本次改造設(shè)計煙氣參數(shù)參照原脫硫出口設(shè)計值,見表1。

        表1 脫硫塔出口處的煙氣參數(shù)

        2.1.2 設(shè)計環(huán)境參數(shù)

        該區(qū)域的日平均氣溫普遍為-20~30℃,年均氣溫為8.64℃。綜合考慮投資和實際環(huán)境條件,提出以0℃為宜、環(huán)境濕度按年均值51%的環(huán)境參數(shù)。

        2.1.3 現(xiàn)狀分析

        煙塵排放現(xiàn)狀:目前電除塵器和脫硫系統(tǒng)運行良好,電除塵器出口煙塵濃度一般在40~80mg/Nm3之間,脫硫塔出口煙塵濃度一般在30mg/Nm3以下。

        SO2排放現(xiàn)狀:脫硫入口SO2濃度一般在5000mg/Nm3以內(nèi),脫硫塔出口SO2濃度一般在180mg/Nm3以下,滿足目前的排放要求。

        煙氣溫度現(xiàn)狀:脫硫入口煙氣溫度大部分在115~145℃之間,脫硫出口煙氣溫度大部分在46~53℃之間。

        經(jīng)分析可知,該系統(tǒng)具有較高的初始溫度,可以對凈煙進(jìn)行加熱。由于煙氣中的水分含量較高,所以采用除濕脫煙有一定的必要條件。另外,煙氣中SO2的濃度常年在2000~5000mg/Nm3范圍內(nèi),根據(jù)以往的經(jīng)驗,在0%~2.5%的范圍內(nèi),通過理論計算(按DL/T 5240-2010規(guī)定的煙氣酸露點計算下限式),得到了在110℃以下的煙氣中的酸露點。所以,在進(jìn)行防腐設(shè)計時應(yīng)充分考慮防腐要求。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,煙氣入口和出口都有很長的煙道,可以進(jìn)行換熱器和除霧器的改造。

        2.2 技術(shù)方案比選

        2.2.1 煙氣冷凝技術(shù)方案

        擬采用空氣與煙氣進(jìn)行換熱,在脫硫塔出口至煙囪入口凈煙道上增設(shè)一套煙氣換熱裝置、6臺高頻率的聲波裝置和可調(diào)頻聲波裝置及1套高效離心管束除霧提水裝置。

        2.2.2 煙氣再熱技術(shù)方案

        GGH工藝是一種新的煙氣再熱技術(shù),它能在15℃以上的環(huán)境中有效地去除煙羽。隨著環(huán)境氣溫的降低,需要的升溫幅度明顯增大。在環(huán)境溫度低于0℃的情況下,采用常規(guī)的20~30℃的方法,對去除濕煙羽的作用不大。GGH系統(tǒng)采用原煙和脫硫后的凈煙氣進(jìn)行換熱,使原煙溫度從130℃降到100℃;脫硫塔出口凈煙氣溫度由50℃加熱至75℃。

        2.2.3 煙氣冷凝再熱技術(shù)方案

        該技術(shù)路線是在煙氣冷凝技術(shù)方案基礎(chǔ)上,增加1套GGH系統(tǒng)??紤]到目前風(fēng)機的裕量(約1500Pa)、實際煙溫情況、脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、投資和能耗等多種因素,初步按煙氣再熱升溫幅度為10℃,即脫硫前煙氣降溫幅度也為10℃。該方案在煙氣冷凝技術(shù)方案的基礎(chǔ)上不需要增加電耗,阻力增加約800Pa。

        綜合考慮投資、阻力、能耗、消除濕煙羽、技術(shù)可靠性等多種因素,采用“冷凝法+聲波+高效離心管束提水+GGH升溫”的技術(shù)方案。該技術(shù)具有較高的可靠性,可以減少污染物的排放,節(jié)水,在較低的環(huán)境溫度下,還可以去除濕的煙羽。

        3 改造工藝設(shè)計

        3.1 改造方案

        在煙氣排放口到煙氣進(jìn)口凈煙道增加了1套煙氣換熱器、6臺高頻聲波設(shè)備和可調(diào)頻聲波裝置、1套高效的離心管束除霧裝置。其中,在煙囪進(jìn)口附近設(shè)置有高效離心管束除霧提水設(shè)備,頻率可調(diào)音波設(shè)備設(shè)置在接近于有效除霧器排煙通道和接近進(jìn)口煙冷卻設(shè)備進(jìn)口煙道附近,在煙道上方設(shè)置有高音波設(shè)備。在該套管的短接凸緣上安裝了聲波裝置,支撐點采用了煙道主體加強筋,并以煙道原來的外凸臺為支撐和操作。高頻和低頻音波設(shè)備上有開口和焊接套管短接法蘭DN150×400mm,將聲波設(shè)備插入固定,可調(diào)音波設(shè)備上有孔洞,并焊接套管短接凸緣1650×650mm與喇叭對接,支撐點采用煙道主體的加強筋和平臺。主要技術(shù)參數(shù)見表2。

        表2 冷凝方案的主要技術(shù)參數(shù)

        3.2 降溫系統(tǒng)

        風(fēng)道煙氣冷卻系統(tǒng)總體布局,擬采用空氣進(jìn)行換熱交換的方法進(jìn)行;總體換熱指標(biāo),根據(jù)計算:5℃溫降時需要換熱量為10500MJ/h(約合2916kW/h),10℃溫降時需要換熱量為17500MJ/h(約合4861kW/h),15℃溫降時需要換熱量為26300MJ/h(約合7305kW/h),本工程的設(shè)計目標(biāo)是降低10℃,煙道中安裝換熱器,前、后兩個管道的壓損值均不大于300Pa,連接煙道的換熱器在地面設(shè)置空氣風(fēng)機。

        3.3 煙道轉(zhuǎn)換器

        3.3.1 煙道換熱器尺寸

        設(shè)計尺寸約10m×10m,為加快工期,換熱器共分N個模塊,現(xiàn)場拼裝。管道前后接變徑接管,換熱器的換熱管管徑φ78mm,設(shè)計換熱量4800~5000kW,以溫度降低10℃為設(shè)計目標(biāo)。

        3.3.2 煙道換熱器的防腐

        考慮到煙道內(nèi)SO2、SO3、NOx、CL+等腐蝕氣體,在低露點狀況下,會產(chǎn)生相應(yīng)的酸液,對換熱管材產(chǎn)生腐蝕。因此,煙道換熱器的管材選用ND鋼焊管,ND鋼焊管具有較好的防止硫酸、鹽酸、硝酸的能力,為了防止上述物質(zhì)在低露點狀態(tài)下對管材的腐蝕,延長管材的使用壽命,對ND鋼焊管再進(jìn)行鍍搪瓷處理,確保材料的防腐性能。

        3.3.3 煙道換熱器的防表面結(jié)垢

        為防止煙道換熱器管材表面因低溫結(jié)露液滴與煙氣中的灰塵產(chǎn)生表面結(jié)垢,在煙道換熱器的前后加裝噴淋和可調(diào)頻聲波裝置,噴淋用水采用后續(xù)收集的水,與除霧器清洗噴淋水系統(tǒng)連鎖使用。

        3.3.4 安裝煙道換熱器的阻力損失模擬

        含換熱管煙道中的換熱管排8排,煙道10m×10m(上下非對稱)煙道長度1.5m,變徑管2m,6m×6m煙道長度0.75m。煙道入口流量80萬Nm3/h。煙道內(nèi)流場分布如圖1所示。換熱管內(nèi)最大流速10m/s。

        圖1 煙道內(nèi)流場分布

        3.4 其他工藝

        (1)空氣風(fēng)機

        空氣風(fēng)機配有(但不限制):風(fēng)機本體、電動機、氣量調(diào)節(jié)裝置(包括進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥)、進(jìn)氣過濾器、消音裝置、自動排氣裝置、內(nèi)部管道閥門、控制裝置等。

        (2)高效離心管束除霧提水裝置

        高效離心管束除霧提水裝置煙道在通過離心管束除霧提水裝置時,在離心力的作用下,噴霧和粉塵在氣缸內(nèi)流動,相互碰撞,凝結(jié)成較大的液滴,然后被甩到內(nèi)壁,與附著在管壁上的液滴層發(fā)生接觸,從而使液滴和粉塵分離。隔板間設(shè)有擋液環(huán)及導(dǎo)流線,可提高空氣的離心力,保持適當(dāng)?shù)牧鲌龇植?,以達(dá)到控制液膜厚度、控制空氣出口狀況、防止液滴二次夾帶的目的。

        (3)防腐蝕、磨損、積灰措施

        管道內(nèi)換熱材料采用 ND鋼+搪瓷。采用這種工藝,防腐性能好,傳熱系數(shù)高,可適應(yīng)本次濕煙氣環(huán)境改造的要求。為了避免積塵,可以安裝一套定期清洗的洗水設(shè)備。

        (4)保溫、油漆

        保溫措施:設(shè)備主體一般不需要保溫,也沒有防凍的問題。僅在一些特定的地方,例如絕緣箱出進(jìn)行保溫相反,通過及時的冷卻,可以使煙氣中的濕氣得到進(jìn)一步的冷凝,從而改善整個水霧的去除。一般情況下進(jìn)出口煙溫相差不超過1℃,項目僅裝置出入口煙道設(shè)置50mm巖棉保溫。

        油漆:不保溫的設(shè)備、管道和附件(包括支架)、爬梯、檢修平臺等,應(yīng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行外防腐(腐蝕)涂料;為了方便辨認(rèn),需在管道的外壁上涂上代表介質(zhì)特性的色環(huán),以及代表介質(zhì)流動方向的箭頭。

        (5)流場模擬

        氣流分布對換熱器的性能的影響是重要的。氣流分布不均勻會嚴(yán)重影響換熱效果。要求均勻,為使氣流分布均勻,一般在入口處設(shè)氣流分布裝置,并進(jìn)行氣流分布模擬試驗。根據(jù)流暢數(shù)值模擬結(jié)果,再進(jìn)行物理模型試驗,對數(shù)模效果進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。

        4 結(jié)語

        采用煙氣冷凝法+聲波+高效離心管束提水方案+煙氣再熱進(jìn)行濕煙羽治理,技術(shù)可靠性高、可以起到污染物減排、節(jié)水、在較低環(huán)境溫度下也可消除濕煙羽。因此,改造項目所采用的技術(shù)方案是可靠的、合理的,電廠實施該改造方案后,污染物會明顯降低,濕煙羽現(xiàn)象明顯減輕。

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