我國一批大、中型火電機組相繼投入商業(yè)運營,加大了二氧化硫的排放量。隨著環(huán)保要求的日益提高,火電廠的二氧化硫治理工作引起了廣泛關注,電廠現(xiàn)都采用有效裝置進行二氧化硫治理。目前,電廠應用最多的是煙氣濕法脫硫,但濕法煙氣脫硫投資較大,一般占電廠投資的近8%。為此,減少煙氣濕法脫硫裝置的造價,降低運行、維護費用,越來越受到關注。如果取消煙氣加熱裝置,采用濕煙囪排放,將降低整個脫硫系統(tǒng)的壓力損失和增壓風機的電耗。在大多數(shù)情況下,一套精心設計的濕煙囪排放煙氣脫硫系統(tǒng)的總投資和運行、維護費用較裝有煙氣加熱裝置的脫硫系統(tǒng)低得多。為此,筆者就濕法煙氣脫硫系統(tǒng)采用濕煙囪排放提出個人觀點,以供探討。

1 濕法煙氣脫硫工藝及換熱器的作用

 　　濕法煙氣脫硫裝置目前應用最多的是采用石灰石(或石灰)-石膏濕法脫硫工藝。以石灰石(或石灰)作吸收劑洗滌煙氣中的二氧化硫,生成亞硫酸鈣,再與加入的空氣進行氧化反應,最后生成石膏, 脫除二氧化硫,凈化煙氣。整個反應過程均在吸收塔內(nèi)完成,反應溫度一般為50℃左右。

 　　其主要工藝流程如下:鍋爐引風機出口的煙氣,由脫硫增壓風機升壓經(jīng)煙氣換熱器(降溫側(cè))降溫后進入吸收塔。當吸收塔采用立式噴霧塔時,吸收塔上部為吸收區(qū),該區(qū)布置有噴淋層。吸收塔循環(huán)泵將石灰石漿液,亞硫酸鈣或石膏混合漿液送入噴咀霧化,霧化漿液自上而下通過吸收塔二氧化硫吸收區(qū),與氣流接觸產(chǎn)生化學反應,生成亞硫酸鈣后流入吸收塔下部反應槽,由氧化風機鼓入空氣,亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣-二水石膏。脫硫凈化后的煙氣經(jīng)除霧器去除液滴后進入煙道,再由煙氣換熱器(升溫側(cè))升溫后至煙囪排放。

 　　由上述工藝流程可知,設置煙氣換熱器有2個作用。一是降低進入吸收塔的原煙氣溫度,滿足脫硫工藝的要求,其降溫的熱量用于加熱凈煙氣;二是(也是最主要的)利用原煙氣的熱量加熱凈煙氣,提高排煙溫度(一般要求不低于80℃),減輕煙道和煙囪遭受低溫濕煙氣的腐蝕,同時使煙囪出口的煙氣有足夠的抬升高度,從而改善周圍大氣的環(huán)境質(zhì)量。

2　濕法煙氣脫硫裝置中換熱器的設置

2.1 煙囪出口排煙溫度的選擇

 　　煙氣脫硫裝置是否設置煙氣換熱器,主要取決于排煙溫度。當采用半干法、濕氨法、電子束干法或海水脫硫工藝時,吸收塔或反應器后的煙氣溫度亦在50～65℃,同樣存在是否需要設置煙氣換熱器,提高排煙溫度的問題。排煙溫度如何確定,不管從環(huán)保角度,還是煙囪結構設計方面考慮,我國目前還無標準規(guī)定。據(jù)了解,國外僅德國從煙氣擴散的角度出發(fā),在有關的條例中規(guī)定煙囪出口的排煙溫度不小于72℃。近年來,國內(nèi)引進國外技術和設備建設的濕法脫硫裝置,多數(shù)亦裝設了煙氣換熱器,出換熱器后進入煙囪的煙氣溫度不低于80℃,煙囪出口的排煙溫度接近72℃。

2.2 國內(nèi)、外煙氣脫硫裝置中煙氣換熱器的設置

 　　根據(jù)已了解的情況和國外幾家著名的脫硫公司來華技術交流提供的資料,美國大部分火電廠的煙氣脫硫裝置中未設置煙氣換熱器,而日本、德國多數(shù)火電廠的煙氣脫硫裝置中設置了煙氣換熱器。如德國,盡管條例中規(guī)定煙囪出口的排煙溫度應不低于72℃,但也有少數(shù)電廠,煙氣脫硫裝置中未設煙氣換熱器,吸收塔出口的低溫濕煙氣由除霧器去除液滴后直接經(jīng)電廠冷卻塔中央排放,或在吸收塔頂部設濕煙囪排放。

 　　日本富士化學公司為我國漳州后石電廠提供的6套海水脫硫裝置,也沒有設置煙氣換熱器,吸收塔出口的低溫濕煙氣直接經(jīng)240ｍ高的鋼制濕煙囪直接排放。在國內(nèi)已建和在建的部分煙氣脫硫裝置中煙氣換熱器的設置情況來看,只有漳州后石電廠的6套海水脫硫裝置采用鋼制濕煙囪直接排放,還有一部分電廠采用部分煙氣脫硫后與未脫硫煙氣混合后排放,其余基本上設置了煙氣加熱器。

3　濕法脫硫裝置用濕煙囪排放的探討

3.1 采用濕煙囪排放考慮的經(jīng)濟因素

 　　火電廠采用濕煙囪運行通常是出于投資、運行和維護費用的考慮,大多數(shù)情況下,濕煙囪方案具有比較低的綜合費用,為此,下面以600ＭＷ燃煤機組濕法脫硫為例進行分析。

3.1.1　工程投資費用比較濕法脫硫裝置的工程投資主要包括:

　　(1)煙氣換熱器主、輔設備及其配套設施費用?；剞D(zhuǎn)式煙氣換熱器1600～1800萬元(1臺爐);管式熱煤水煙氣換熱器1800～2500萬元(1臺爐)。

 　　(2)增壓風機設備費用。不設煙氣換熱器,煙氣系統(tǒng)阻力可降低約1000Ｐａ,1臺增壓風機(包括配套電機)價格約降低100萬元。

 　　(3)鋼制濕煙囪造價增加600～3500萬元(1個雙管鋼內(nèi)筒煙囪)。綜合比較,不設煙氣換熱器時,按回轉(zhuǎn)式換熱器計算,1臺600ＭＷ機組工程投資基本相當,如果2臺機組共用1個煙囪,則投資費用將降低300～3200萬元;按管式換熱器計算,工程投資降低更多。

3.1.2　脫硫裝置運行費用比較

 　　濕法脫硫裝置的運行費用主要包括:

　　(1)電耗。煙氣脫硫裝置不設煙氣換熱器,1臺600ＭＷ機組煙氣脫硫裝置總電耗約降低480ｋＷ。按年運行5200ｈ計算,全年可節(jié)省運行費近80萬元。

 　　(2)水耗。煙氣脫硫裝置不設煙氣換熱器,高溫原煙氣直接進入吸收塔,1個吸收塔的蒸發(fā)水量約增加22ｔ/ｈ,1臺機組全年因工藝水量而增加運行費約22萬元。

 　　(3)年運行費。取消煙氣換熱器,僅考慮電費和水費,每年可節(jié)省運行費58萬元。煙氣換熱器的受熱面及殼體長期與低溫濕煙氣接觸,腐蝕較為嚴重。尤其是管式換熱器,受熱面運行3～5年后,一般均需陸續(xù)更換,設備維護工作量及費用將會增加。

3.2　采用濕煙囪排放應考慮的問題

 　　是否采用濕煙囪排放除了考慮經(jīng)濟因素外,主要還應綜合考慮環(huán)保因素,如煙流擴散、煙羽等。采用濕煙囪排放煙氣應考慮:(1)煙流擴散問題。風洞試驗表明:在煙囪出口處,當煙氣流速高于該高度風速的1.5倍,即20～30ｍ/ｓ時,且排煙溫度在100℃以上時不會發(fā)生煙流下洗。煙流下洗不僅會腐蝕煙囪內(nèi)的材料,而且減弱了煙氣的擴散。煙囪的外徑過大,會在其下風側(cè)產(chǎn)生較大的低壓區(qū),因此,有多個內(nèi)煙道的煙囪,其發(fā)生煙流下洗的可能性較單煙道大。濕煙囪排放的低溫煙氣抬升小,垂直擴散速度低,出現(xiàn)煙流下洗的可能性更大。(2)煙羽的黑度測量問題。發(fā)電廠排放煙氣的透明度主要受飛灰顆粒物、液滴和酸霧的影響,造成煙氣不透明的主要物質(zhì)是ＮＯ2。飽和熱煙氣離開煙囪后溫度下降,形成水霧,這種含有較多水分和其他結晶物質(zhì)的白色煙氣會降低煙氣的黑度,使測得的煙氣黑度不能真實地反映污染情況。(3)煙氣攜帶冷凝物的問題。由于慣性力的作用,煙氣攜帶的較大液滴撞擊煙道和煙囪壁上,與原有的冷凝物結合,但有部分液滴被煙氣帶出,這些被重新帶出的液滴直徑通常在1000～5000μｍ,其帶出量取決于煙囪壁面的特性和煙氣流速。

3.2 采用濕煙囪排放對工藝裝置的設計要求

 　　采用濕煙囪排放對工藝裝置的設計要求是:

　　(1)除霧器的設計。除霧器的設計和運行對于選擇濕煙囪排放脫硫工藝來說很重要。以逆流噴淋吸收塔為例,最上層噴淋母管與除霧器端面應有足夠的距離;除霧器端面煙氣的分布應盡量均勻;應選用臨界速度高、透過的夾帶物少、材料堅固、表面光滑的除霧器;除霧器要設置沖洗和壓差監(jiān)視裝置。

 　　(2)吸收塔出口煙道。在接觸濕煙氣的煙道壁、導流板、支撐加固件上會留有煙氣攜帶的液體,因此煙道的設計應盡量減少水的沉積,應有利于冷凝液排往吸收塔或收集池,不允許煙道內(nèi)有加固件;且膨脹節(jié)和擋板不能布置在低位,在低位點應設計有排水設施。

 　　(3)煙囪內(nèi)的煙道。煙囪結構設計的主要要求是能有效收集煙氣帶入的較大液滴,防止煙囪內(nèi)壁上的液滴被煙氣重新帶出,最大限度地減少煙氣攜帶的液體。此外還應考慮排出所收集的液體。

4　結論

4.1　濕法煙氣脫硫后的煙氣排放和腐蝕問題應予以足夠的重視,脫硫后的煙氣不一定要加熱到某一溫度才適宜排放,采取濕煙囪排放也是一種較好的方法。

4.2　發(fā)電廠是否選擇濕煙囪排放煙氣,要根據(jù)工程的具體情況,如工程所處的地理位置、機組容量、機組煙囪的設計等。除考慮經(jīng)濟因素外,還要綜合考慮環(huán)保因素。大多數(shù)情況下,環(huán)保因素應優(yōu)先于經(jīng)濟因素。

4.3　發(fā)電廠如采用濕煙囪排放,在設計脫硫系統(tǒng)時就要考慮此點。同時濕煙囪的設計和安裝要嚴格按照對濕煙囪的要求進行,對脫硫后的煙道也要做好防腐工作。

   長沙嘉治環(huán)?？萍加邢薰就ㄟ^濕法煙氣脫硫工程實例對濕煙囪的設計積累了豐富的經(jīng)驗，出口煙氣帶水情況發(fā)送明顯，下面是濕煙囪實際運行中的圖片，歡迎各界朋友來電咨詢或共同探討。