联系我们
手机:13905227302
联系电话:0516-89632818
地址:沛县经济开发区沛公路北侧、汉润路东侧(科技创业园) A1栋2层221室
邮箱:gm@xzjfrl.com / x0516box@163.com
手机:13905227302
联系电话:0516-89632818
地址:沛县经济开发区沛公路北侧、汉润路东侧(科技创业园) A1栋2层221室
邮箱:gm@xzjfrl.com / x0516box@163.com
1 烟气脱白的概念
大概5-10年前,排烟多(见图1a)却少有雾霾;经过多年治理,现在黑烟、黄烟少了而雾霾多了,常见以湿法脱硫为主的大白烟(见图1b)。烟囱排出的湿烟气与环境冷空气混合,在降温过程中,所含的水蒸气饱和凝结,凝结水雾滴对光线产生折射、散射,使烟羽呈现出白色或者灰色,被称为“湿烟羽”,俗称“大白烟”,烟气脱白就是指去除大白烟(见图1c).大白烟的源头是水分,烟气中饱和水蒸气是吸热产生的,含有大量潜热,因此,烟气脱白的关键就是排放烟气的温度、湿度控制。
a-过去 b-现在 c-将来
2 烟气脱白的目的和功能
由于烟气脱白刚起步,对于为什么烟气脱白,有不同的理解。笔者认为,排烟实现一年四季无白是起码的要求,可以减少对飞行、高速公路的影响,解决视觉污染的同时,应该至少还有四个功能:有利于除雾霾、节水、节能、处理废水,见图2.尽管业界对烟气脱白能否有助于除霾还有不同看法,但有助于除雾、节水、节能已经得到初步的业绩验证,下面分别介绍探讨如下。
2.1 除雾霾
烟气中蒸汽的密度是0.804kg/m³,比空气轻,离开烟囱后很容易上升,与环境低温空气混合降温后,水蒸气饱和冷凝为水滴,水滴的密度是1000kg/m³,颗粒细,密度远比空气大的水滴在大气层中悬浮累积形成雾,浓雾影响飞行、高速公路交通,通过风、雨、雪可以刮走或凝结降落,遇静稳天气,浓雾就像一个大盖子,本身就有溶解性颗粒析出,还阻隔、吸收其他污染源颗粒物的扩散,在雾层中累积,就形成了雾霾,这就是我国频繁出现雾霾的成因和过程。以直接喷淋除湿为基的烟气脱白可以去雾霾,减少大雾天气,特别重要的是可以协同、低成本实现粉尘、二氧化硫、氮氧化物、重金属、有机污染成分的达标和超低近零排放,使环保又纯投入转变为有效益。
2.2 节水
基于以下方法可以估算出,我国每年人为排放到大气中的水分超过160亿吨:
1) 煤电、热电行业:每燃烧1吨标煤,湿烟气带走水分1吨、循环水冷却塔排水5吨,煤电、热电行业每年排到大气中的水分超过120亿吨。
2) 钢铁行业:每生产1吨钢,放散1.5吨水分,全行业每年排放水分约15亿吨。
3) 煤焦化行业:每湿熄1吨焦炭,排放0.5吨水分,焦炉烟道气湿法脱硫、干法脱硫都排放水分,合计煤焦化行业每年向大气排放水分超过2亿吨。
4) 天然气燃烧:每燃烧1m³天然气,会产生2m³、1.55kg水蒸气,全国每年排放超过3亿吨水分。
此外,还有水泥、建材、有色金属、石油化工等行业。
人为排放大气160亿吨的水分,与大自然的水循环量相比,却是小数目,但这是在大自然正常循环基础上增加的,特别是我国经济发展不均衡、发达地区排放强度是全国平均值的10倍以上,不均匀。我国能耗、排放巨量的国情决定,在中国做烟气脱白,须充分重视节水。水分上天是雾霾、收回来就是资源,特别对于西部缺水企业而言,回收水分更有意义。大气水分是我国不可忽视的重要非常规水源。
对于钢铁行业,全国吨钢消耗新水3吨,外排水1吨、烟气带出水分1.5吨。钢铁企业的“零排水”应包括“令排汽”,做到近零排汽、回收冷凝水作为新水回用,就可以做到近零取新水,不足部分用生活污水中补充,从而实现近零排水、近零排汽、近零消耗新水,不仅使企业获得显著经济效益,也会促进自然水体的改善。
焦化湿熄焦、焦炉烟道气湿法脱硫、循环水冷却排水都能通过烟气脱白低成本回收“蒸馏水”,直接回用,处理后甚至可以作为软水供给锅炉。通过脱白,还可以深度处理利用城市中水,回收烟气冷凝水,企业完全能做到“零新水”(见图3),摆脱环保困扰,低成本、有效益地实现焦化企业绿色转型发展。
2.3 节能
采用以除湿为基的烟气脱白,假设回收70%排汽,全国每年可以回收相当于100多亿吨水蒸气的热量,用于采暖、加热矿粉、煤粉,具有相当显著的节能效益。对于钢铁行业,相当于吨钢回收1吨以上水蒸气的余热,利用后会有可观的经济效益。比如,河北某市回收一个钢厂的低温余热,一期可以为城市提供600万平方米、提供1200万平方米的采暖,余热作为采暖供热基础负荷、原有供热锅炉用于调峰,直接节煤、节天然气、节电,节能同时兼顾了大气治理。这是国家发改委、住建部力推余热暖民工程的主要目的。
2.4 处理利用废水
直接喷淋脱白不仅不新产生废水,还有助于处理原来的难处理废水。湿法脱硫废水、焦化废水、综合污水处理产生的浓盐水都是难处理、投资处理成本高的废水,采用膜处理为主的常规处理方法难以做到“零排放”或难以低成本“零排放”,采用直接喷淋除湿脱白后,阻隔了烟气中污染物从水中向大气中的转移,利用烟道气余热和残氧热解热氧化、无害化消解废水中的COD有机成分、吸收稀释氨氮,用喷雾蒸发浓缩、干燥去除溶解盐,可以大幅度减少废水处理投资,特别是降低处理成本。
3 烟气脱白技术
水在吸热升温到一定温度时会变成水蒸气;而除去水蒸气中的热,使其温度降低到结露温度,蒸汽又凝结为水,这是自然界普遍存在的可逆过程。湿烟气中的水蒸气一部分来自于燃烧和工艺过程,一部分来自于湿法脱硫、除尘水分的蒸发。气体除湿是空调领域的常规技术,如前述,湿烟气脱白的关键是将排烟决对湿度和相当湿度控制的尽量低,货改变水蒸气状态。参考空气调湿技术,烟气脱白主要可选择的技术有:
1)升温脱白:以湿法脱硫为例,保持脱硫后50℃湿烟气的湿度不变,通过等湿升温实现脱白,比如气气换热升温GGH(Gas-Gas-Hedter)、冷媒烟气换热升温MGGH(Media-Gas-Gas-Hedter),将饱和湿烟气从50℃升高到约80℃,烟囱不仅不用防腐、也看不到白雾,缺点是烟气降温冷却温度只有5-8℃,能回收的冷凝水和净化烟气残余污染物的能力有限,设备造价高、体积大、阻损大,已经被许多专家否定,甚至被一些地方限制采用。
2)机械脱白:采用湿式静电除尘除雾器、多级屋脊式除雾器、管束式除雾器、浮球式除雾器,都能有效精除尘除雾,可以解决“石膏雨”,也有一定的脱白效果,但只能回收湿烟气中不到1%的水分,回收水分少、不能回收余热。
3)混风脱白:向湿烟气中混入干烟气,降低烟气相对湿度,国内外都有采用混风脱白的案例,其设备简单、容易实现,问题也是不减少烟气中的污染物,也不回收水分和余热,纯增加能耗,只能解决视觉污染。
4)冷冻脱白:降低烟气温度和湿度,使水蒸气冷凝为水,降低烟气温度有两种方法:一是采用直接喷淋冷凝,二是采用换热器间接冷却。直接喷淋冷却既能深度去除烟气中的可溶性污染物,也可以深度回收水分和余热。
5)吸附脱白:采用固态吸附材料如分子筛、沸石吸附烟气中的水分,比如制氧机入口空气采用分子筛除湿。
6)溶液脱白:向湿烟气中喷入浓盐溶液,通过复合盐溶液吸收烟气中的水分,目前国内已经有采用开式溶液热泵除湿脱白的参考案例。
7)混合脱白:组合采用上述不同方法,现在市场上脱白技术多是组合脱白,共有10多种可以选择的脱白技术,需要超前判断、谨慎选择,以免返工。
4 以直接喷淋除湿为基的复合脱白技术---符合国情、厂情的可行技术
在大气压力下,湿烟气的饱和含湿量只与饱和烟气温度相关,这在许多相关技术手册中都可以查到,也可以计算。为方便讨论,以1Nm³的干烟气 为基数,将其饱和含湿量与饱和温度的关系列于表1,也粗略列出了钢铁、焦化企业需要烟气脱白的工序点。
表1 大气压下湿烟气饱和含湿量与饱和温度的对应关系
湿烟气饱和温度,℃ | 饱和湿度g/Nm³ | 备注 |
0 | 4.93 | |
5 | 6.98 | |
10 | 9.86 | |
15 | 13.84 | 我国最湿月份大气平均温度 |
20 | 19.1 | |
25 | 26 | 直喷除湿脱白 |
30 | 35.2 | |
35 | 47.45 | 干法脱硫 |
40 | 63.27 | |
45 | 84.1 | 半干法脱硫 |
50 | 111.8 | 湿电、旋流、声波、GGH |
55 | 148.4 | 湿法脱硫 |
60 | 197.5 | 转炉湿法除尘 |
65 | 264.9 | 转炉干法除尘 |
70 | 359 | 转炉闷渣 |
75 | 498 | 连铸二冷蒸汽 |
80 | 712.5 | 湿熄焦、高炉水冲渣 |
随着技术进步,开发符合国情的烟气除湿脱白技术,来解决保护环境与经济发展矛盾已是大势所趋、并且已有了实践案例,以直接喷淋冷凝除湿为主的混合除湿技术就是其中一种。将脱硫后50℃湿烟气深度冷却到40℃以下、逐步降低到接近大气平均温度25℃,先冷凝除湿、协同除去多污染成分,再小幅升温或混风脱白。
该技术有以下特点:
1)湿烟气含湿量从111.8g/Nm³降低到26g/Nm³以下,与大气平均含湿量接近,低成本除湿脱白有助于解决我国大气雾霾污染。
2)回收湿烟气中冷凝水,与换热器冷凝只能回收排烟水分的20%-30%不同,直接喷淋除湿脱白可以回收湿烟气中50%-70%水分,比如100万立方米烟气量采用直接喷淋除湿脱白,每小时可回收冷凝水80万吨以上,脱硫不仅不耗水,还能回收原始烟气中大部分水分。
3)烟气中含有大量低温余热,回收用于民用采暖、热水、制冷或低温发电,完全可能抵顶烟气净化达标、除湿脱白成本,甚至有效益。
4)将烟气中残留的细颗粒粉尘、二氧化硫、酸、重金属等水溶性污染成分冷凝进入排水中,是实现烟气低成本达标排放、甚至超低近零排放的可选择技术之一,可以大幅降低企业环保达标、超低近零排放负担。
5)处理利用废水:湿法脱硫、除尘目前多在处理利用废水,可以保持现有处理利用废水的供排水平衡、继续利用废水时,增加利用烟气余热和残氧处理,利用脱硫废水、焦化废水、浓盐水等高投入、高成本、难处理废水,缓解湿法脱白存在的问题。
5 烟气脱白技术的评价标准和检测方法
由于烟气脱白刚起步,目前还没有统一的国家或行业标准,在开始实施烟气脱白的几个地方政策要求中,是以控制石膏雨、有色烟雨为主要目标。基于我国能耗、排放量巨大的国情,在实施烟气脱白改造时,首先要实现排烟一年四季无白,解决视觉污染,还要充分兼顾节水、低温余热回收利用节能功能,最好再结合处理利用脱硫废水等功能。制定烟气脱白评价标准时,应考虑选择以下标准:
1)排放烟气含湿量:以湿法脱硫排烟50℃的饱和含湿量111.8g/Nm³为基数,按照回收水分50%、60%、70%确定,排放烟气含湿量分别为57、45、34g/Nm³,对应的饱和烟气温度(露点温度)分别为38/34/29℃。这样通过设定、控制、测定直接喷淋冷凝系统的最终出口温度和冷凝水量,就可以比较客观地对脱白系统进行评价,容易测定。
2)排烟相对湿度:经验表明,直接喷淋排烟温度降低到40℃以下,即使排放湿烟气,在一年大部分时间就能实现脱白,只有少部分时间有少量白烟。除湿后,低湿烟气再升温5-10℃或混入少量干烟气,就可以将排烟的湿度降低到70%以下,就可以实现一年四季排烟无白,排烟脱白后管道、烟囱也不必再做防腐蚀处理。通过湿度、相对湿度控制,就可以定量评价排烟脱白的效果。
3)排烟温度:从节能角度看,兼顾考虑烟囱排放提升力,应设定排烟上限温度,比如不超过50℃。
4)其他指标:还可以选择余热回收率和废水处理量等指标,辅助评价脱白改造的效果和效益。
通过检测直接喷淋冷却进出口的饱和烟气温度,就可以判定烟气的含湿量和相对湿度,再通过测定冷凝水量和循环水温差,就可以评价节水、余热回收效果,据此就可以建立起完整的烟气脱白技术评价标准和检测系统。
6相关问题讨论
湿烟气的直接喷淋冷凝除湿脱白技术与升温除湿技术虽然温差相近、方向相反,但冷凝所需冷量却是升温所需热量的6倍,主要是湿烟气中所含水蒸气的冷凝潜热。冷凝除湿从技术层面上讲是没有问题的,并且有多种不同冷凝工艺可供选用,关键也是投资多少、是否经济的问题。研究表明,要使冷凝除湿脱白技术经济可行,首先须解决大量廉价冷源,二是回收的冷凝水能得到回用,低温余热最好也得到利用,分别讨论如下:
1)廉价冷源:采用冷凝冷却就须有低于目标温度冷源,而且冷源温度越低、温差越大越好,从除湿脱白角度考虑,应优先选择自然冷源,比如江河海地下水,北方寒冷地区冬季冷空气,自然冷源不足或从回收利用余热角度讲,就须采用人工冷源,比如蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵等,在提供7℃空调冷水同时,回收低温余热。采用哪种热泵、哪种驱动能源(低压蒸汽、电、天然气、余热水等),需要结合用户的能介价格和可用来源综合考虑。
2)低温余热的用途:钢厂、焦化等低温热源、热量是富裕的,应优先内部利用,但也须考虑外供社区民用,比如洗浴、医院、学校、酒店、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,而冬季采暖和夏季空调等季节性需求量巨大,所需能力品质也低,是低温余热比较适合的用途,用120-20℃大温差供热输送余热距离达到100km,比燃煤成本低,而与天然气供热相比,可以输送300km。
3)与湿式静电除尘器的配合使用:湿式静电除尘器是净化湿烟气的理想终端除尘器,可以确保实现超低颗粒物近零排放。目前超低排放湿电除尘器设置在脱硫塔机械除雾器后,入口烟气温度约50℃,设备造价浪费,大约20%的电场面积是用于处理水蒸气,水蒸气冷凝液pH值1-3,为防低温腐蚀,是其造价高的主要原因,而且是否能长期稳定运行也需要时间验证,特别是导电玻璃钢湿电除尘器,导电膜很薄,将直接喷淋冷凝布置在湿电除尘器前进行预处理可以解决许多问题,甚至有可能不用湿电除尘器实现超低排放,再结合采用小幅升温、混风干燥脱白,烟囱不再需要防腐。
7 结论与建议
1)为根除雾霾,我国火电、钢铁、焦化等行业的大气污染排放控制标准须增加排烟温、湿度控制,以便从法规层面加速推动烟气除湿脱白。
2)以直喷淋冷凝除湿为基的复合脱白是一种符合国情、有实际业绩支持的脱白技术。除湿后,烟气温度可先按40℃、相对湿度70%开始,逐步降低,有助于低成本环保达标排放、超低排放、出雾霾,还有节水、节能效益,可以大幅减少企业环保治理负担。
3)直接喷淋冷凝除湿预处理可以降低已装湿电除尘器的运行成本、维修费用,新建和改造项目可以考虑不要湿电除尘器,以降低投资和成本。
上一条:排烟除湿脱白方案
下一条:没有了 |
返回列表 |
案例推荐