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湿烟气冷凝脱白相关问题讨论和水平衡影响因素分析

2020-09-19 15:44:11
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一、湿烟气冷凝脱白相关问题讨论

湿烟气冷凝脱白技术与升温技术虽然温差变化接近,但冷凝所需的冷量却是升温所需热量的近6倍,主要是湿烟气中所含水蒸汽的冷凝潜热。同样冷凝从技术层面是没有问题的,并且有多种不同冷凝工艺可供选用,关键也是投资多少、是否经济。研究表明,要使冷凝脱白技术经济可行,先解决大量廉价冷源,二是低温余热和冷凝水得到充分利用,三是换热器的选择需要合理实用,分别讨论如下:

.廉价冷源:要采用冷凝冷却就有低于目标温度5℃左右的冷源,仅从烟气脱白角度考虑,应优先选择自然冷源,比如江河海地下水、北方寒冷地区冬季的冷空气,如果自然冷源不足或从回收利用余热的角度,就采用人工冷源,比如蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵等,在提高6℃左右空调冷冻水的同时,可以回收低温余热。

.低温余热的用途:电厂、钢厂等低温热源的热量一定是富裕的,应该优先内部利用,但也考虑外供社区民用,比如洗浴、学校、人工游泳池和景观等民用热水是一年四季都需要,但相比余热量,需求量远远不足,而北方民用采暖和南方夏季空调等季节性需求量巨大,而且所需能量品质也低,是低温余热比较适合的用途,采用120℃~20℃大温差供热输送距离达到100km也比燃煤成本低,而与燃气供热比可以输送300km。余热需求不均衡可以通过ORC,C02等低温余热发电平衡。

.换热器的选择:锅炉空气余热器出目烟气130-150℃,采用低低温技术的降温换热器冷却到90℃是合理的,换热器本身存在的腐蚀问题可以通过选择耐腐蚀合金、氟塑料、玻璃、碳化硅陶瓷管等换热器解决,对后部干式电除尘器可以存在的腐蚀可以采用在换热器入目增加喷煤粉、石灰粉等增大灰硫比的方法预防。降温换热器应该大力推广,因为不仅回收的余热品质高,主要的是对于电除尘器实现超低排放、除酸、除二噁英、除重金属等有害成分都果,而这些有害成分好在脱硫前去除,以提高脱硫产物的品质。90℃以下的冷却也要综合比较,优先选择间接换热器冷却,以提高回收余热温度和减少制冷量,可以考虑采用增加喷水的混合冷凝技术提高换热器换热效率减少换热面积,同时低成本防腐蚀放和防结垢。而对于采用换热器不经济的温度区域,可以采用直接喷淋冷凝的方法。

.低温冷却的方式:如前所述,对于90℃以下的低温湿烟气,所含余热量大部分是水蒸汽的冷凝潜热,冷却方式可以比较选择:直接膨胀式热泵蒸发器、低温空调冷水间接水水换热和/或喷淋冷却,需要结合用户的冷源种类和余热用途综合优化选择。

.与湿式静电除尘除雾器的配合使用:湿式静电除尘器是净化湿烟气的理想终端除尘器,还是除雾器,可以确保实现超低近零排放,但目前设置在脱硫塔机箱除雾器后部,入目烟气温度在50℃,设备造价浪费,因为大约20%的电场面积是用于处理水蒸汽,水蒸汽冷凝液PH值1-3产生低温腐蚀是造价高的主要原因,而且是否能长期稳定运行也有疑问。将冷凝冷却布置在湿电前对湿烟气进行预处理可以解决许多问题,甚至有可能不用湿电也能实现超低排放和脱白,烟囱也不再需要防腐。

结论与建议1.为了彻底雾霾污染,火电行业大气污染控制标新国标(GB13223-2011)增加排烟温湿度控制指标要求,以实现排放烟气的脱白处理,先采用成熟的升温80℃脱白技术,2.按相反方向应用冷凝除技术湿经济:建议为25℃以下、相对湿度70%以下,不仅有助于除雾霾,还有节水节能效益。

3.采用冷凝可以降低采用湿电的成本,甚至不用湿电实现超低近零、脱白排放,燃煤可以比天然气清洁。

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。