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湿烟羽形成机理和脱硫系统水平衡影响因素分析

2020-07-01 09:41:32
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其一、湿烟羽形成机理

目前国内燃煤电厂在烟气排放前广泛采用湿法脱硫工艺,排放烟气温度降至46~56℃,此时的烟气通常是饱和湿烟气,烟气中含有大量水蒸汽。如果烟气由烟囱直接排出,进入温度较低的环境空气,由于环境空气的饱和湿度比湿烟气低,烟囱排气与温度较低的环境空气混合降温,其中水蒸汽过饱和凝结,对光线产生折射、散射,使烟羽呈现出白色或者灰色的“白烟羽”。白烟羽的形成受多种因素影响,其中有脱硫工艺因素、烟气参数、锅炉运行参数、除雾器性能等因素。环境温度的影响:随着环境温度的降低,湿烟羽长度呈指数关系增加,表明环境温度越低,湿烟羽治理难度越大。烟气温度的影响:烟气温度越低,湿烟羽长度越小,表明采用降温措施可以在一定程度上减弱或消烟羽现象。

2主要的烟羽脱白技术烟气脱白设备是一个烟气综合治理的工程,具体的治理方案可以从以下几个方面着手:m降低烟气的相对湿度。2)降低烟气的湿度。3)降低烟气中三氧化硫的产生和排放。4)控制脱硝设备的喷氨量和降低氨逃逸的产生。5)去除烟气中的由烟尘和酸雾组成的酸性气溶胶。

根据生产实际需要,当前主流的烟气脱白技术主要有以下几种:烟气冷凝技术、烟气再热技术、烟气冷凝再加热技术。

2.1烟气冷凝技术烟气冷凝技术是将锅炉烟气温度冷却到一定值,在降温过程中,随着湿烟气温度的降低,烟气的含湿量大幅降低,烟气中的水大量的凝结析出,使烟气不再产生白烟羽,同时将大量的凝结水回收利用,该技术不但节水,还可以大幅度降低烟气中多种污染物的浓度。当前主要的冷凝技术有冷凝器换热降温、喷淋降温和热泵技术等,按换热方式的不同可以分为直接换热和间接换热,按冷源的不同可以分为水冷、空冷和其它人工冷源。冷媒与烟气直接换热主要采用喷淋塔工艺,冷媒与饱和湿烟气直接接触进行剧烈的热量交换,换热效率高,系统复杂;间接换热多采用氟塑料换热器作为换热设备,饱和湿烟气不与冷媒直接接触,系统较简单。

2.2烟气再热技术烟气再热技术是将进入烟囱前的饱和湿烟气进行再加热,将湿烟气的温度升高,保持湿烟气的含湿量不变,相对含湿量减小,使得烟气相对湿度小于升温后的饱和湿度,从而达到消除烟羽的技术要求。目前烟气加热技术按换热方式可以分为间接换热和直接换热两类。间接加热技术主要有回转式GGH,管式GGH,热管式GGH,MGGH和蒸汽加热器等;直接加热技术主要有热二次风混合加热,燃气直接加热,热空气混合加热等3种。

2.3烟气冷凝再加热技术烟气冷凝再加热技术是烟气冷凝技术和烟气再热技术的有机整合,它的烟气脱白原理是通过冷凝换热的方式将烟气降温,使烟气实现过饱和,饱和水汽凝结成水,经除雾器等装置去除凝结水后,再由烟气再热装置提高净烟气温度,同时降低湿烟气的相对含湿量,从而消除烟羽。通过以上方式结合使用,不但可以达到节水的目的,同时还可以实现烟气中多种污染物的消除。由于烟气含湿量大幅降低,烟气再热的幅度会大大降低,这样可降低烟气再热热源的消耗。

其二、脱硫系统水平衡影响因素分析

进入脱硫系统的水分主要由原烟气带水和以除雾器冲洗水、制浆用水、管道冲洗水、设备冷却水等形式进入脱硫系统的工艺水组成,并通过排烟带水、石膏带水、脱硫废水排放维持脱硫系统的水平衡。排烟温度降低后,烟气的水分携带能力降低,将对脱硫系统原有的水平衡产生影响。

1原烟气水蒸气携带量影响因素分析

进入脱硫塔的水分绝大部分来自于原烟气,原烟气中的水蒸气主要有5个来源:1)煤炭中的氢元素燃烧后产生的水蒸气,煤中氢元素的含量一般在3%~6%;2)煤中的水分,不同煤种的水分差异很大,少的仅为2%,多的可达50%~60%;3)燃烧空气中的水蒸气,不同温湿度条件下空气中的水蒸气含量差异较大,在环境温度40℃的条件下,0.1MPa时饱和空气的饱和含湿量可达49.6g/kg(干空气);4)锅炉吹灰蒸汽,一般根据实际投运吹灰及吹灰蒸汽量决定;5)烟气脱硝生成水量。

H元素、水分含量的变化对煤炭燃烧后水蒸气的生成量影响较大,因此在选择设计煤种时,除应参考历年的煤质数据选择有代表性的煤种外,还应考虑连续降雨对所选煤种含水量的影响。

机组煤炭消耗量越大,所需要的燃烧空气越多,燃烧空气携带的水量越大。实际生产中,燃烧空气的湿度一直在变化,在进行浆液冷却烟气消白除尘设备的水平衡设计时,应以恶劣工况条件(即燃烧空气为饱和状态时)的水蒸气携带量进行计算,以确保该恶劣工况下脱硫系统的水平衡。

由表4可以看出,环境温度越高,机组燃烧空气中的含水量越多。因此在进行脱硫系统水平衡设计时,应根据当地的历史气象数据,选择有代表性的天气数据作为脱硫系统水平衡的设计气象参数。

2排烟温度对烟气水蒸气携带量的影响

在新的烟气排放标准执行前,排烟温度较高,烟气的水蒸气携带能力强,为维持脱硫塔液位的稳定,常常需要定期补充一定量的工艺水。在执行新的烟气排放标准后,排烟温度降低,其水蒸气携带能力大幅下降,脱硫塔原有的水平衡状态可能被破坏。

3脱硫系统水平衡计算

对于确定的机组,其脱硫系统由石膏排放、脱硫废水排放携带出脱硫系统的水量为定值。原烟气中由煤炭燃烧、烟气脱硝、锅炉吹灰携带进脱硫系统的水量也为定值。机组排烟温度确定后,经烟气排放携带出脱硫系统的水量也为定值。燃烧空气的水分携带量由燃烧空气的实际需要量及温湿度决定,对携带进脱硫系统的水量影响较大。

在标准状态下,碳、硫元素的氧化产物不影响燃烧空气的标干态体积,氮、氧元素的释放使燃烧空气的标干态体积增加,氢元素的氧化将消耗氧气,减少燃烧空气的标干态体积。据此对应关系,结合脱硫系统原烟气的标干态体积、设计煤种参数、烟气脱硝液氨消耗量,即可推算出选定气象条件下燃烧空气的水分携带量,确定由燃烧空气携带进脱硫系统的水量,进而得出脱硫系统水平衡条件下的工艺水补水量。