消除有色烟羽技术路线与设备介绍

陈雄伟

【摘要】本文介绍了工业窑炉消除有色烟羽的概念、政策法规和主要消白工艺路线对其各类型设备特点做了介绍，为工业炉窑用户和环保工程成套商环保达标升级改造提供参考。

【关键词】工业炉窑;消白;脱白;环保;超净排放;有色烟羽

1、有色烟羽成因

我国钢铁、电力、焦化、化工等许多行业脱硫大多采用湿法脱硫工艺，全国92%以上的燃煤机组采用湿法石灰石-石膏法工艺。这种工艺采用脱硫浆液吸收烟气中的二氧化硫、三氧化硫，同时将烟温降低到 50-55℃，产生低温饱和湿烟气，排空过程中，遇冷凝结成微小液滴，产生“有色烟羽”，俗称“大白烟”。

2、消白原因

2011年底，北方地区持续大雾，能见度低，首次让PM2.5成为公众持续关注的话题。2013年，提出雾霾名词。2015年发改委、环保部等多部门提出“超低排放”，东部地区、中部地区、西部地区将分别在 2017年、2018年和 2020年前基本完成所有燃煤电厂的超低排放改造。2017年，上海、浙江、天津、江西、唐山、邯郸、徐州、连云港、临汾等地陆续出台地方标准要求烟气脱白、治理有色烟羽。

湿法脱硫烟气中的PM10、大量水蒸气、SO3会加重雾霾，通过烟气消白设备去除绝大部分。还可以利用消白设备截留利用凝水;回收利用余热;低投入低成本处理利用废水，去除SO3协助实现超净排放。

3、消白技術、工艺路线及其特点

消白机理：脱白最关键的是降低烟气水蒸气过饱和凝结，单独加热烟气或让烟气冷凝产生凝结水的办法是降低水蒸气过饱和程度的一种方法，也可以通过降低烟气含水率同时加热烟气。

烟气加热法在一定条件下能够消除湿烟雨，但随着环境温度降低、环境湿度提高彻底消除湿烟雨会变得越来越不经济。烟气降温法在一定条件下能够消除湿烟雨，但随着环境温度降低、环境湿度提高，不能完全消除湿烟雨。

在可行的经济技术条件下，烟气冷凝再热法适应环境条件范围最广，烟气再热次之，烟气冷凝最小;在部分极端环境条件下，三种技术路线均无法有效消除湿烟羽（除非不计代价）。

消白主流工艺：

3.1采用半干法、干法脱硫工艺部分代替湿法脱硫工艺达到消白效果烟气脱硫技术种类达几十种，按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫分为：湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。

采用半干法、干法脱硫工艺过程为干态，不受烟气负荷限制，对煤质煤种适应性强，尤其适用于低硫煤。脱硫效率高，已有运行的项目均可达90%以上，根据要求部分项目可达99%，水耗低，耗水量约占湿法脱硫的40%～60%，无废水排放，满足越来越严格的环保要求。

脱硫工艺出口烟气温度高于78℃，无需烟气再热排放，烟囱出口烟气流速较高，不会产生白烟，不影响烟囱的自拔力，烟气的扩散效果好，出口粉尘、NOx的落地浓度较低，满足超低排放要求，对周围环境影响小。技术成熟，在国内外已成功运行“超洁净”业绩，包括“1000MW、600MW、350MW”大型机组，运行稳定，效果良好。

3.2单独采用降温冷凝工艺

降低原烟气温度：减少脱硫塔水耗，减少排湿;降低净烟气温度：降低烟气饱和温度，将烟气中的水蒸汽凝结，减少;排湿。采用的工艺分别是在脱硫塔前采用烟气换热冷却设备，在脱硫塔里面使用浆液冷却器和塔后使用的烟气冷却器以及直接喷淋超低脱白工艺。因中国地域广阔，天气条件不同，南北差异很大，各地采用标准不同，例如天津出台了量化除湿脱白控制标准，采暖季排烟温度45℃、含湿量8.5%以下，非采暖季48℃、含湿量9.5%以下，能达到消白效果。通过降温后，减少排入大气的水量，截留利用凝水作为脱硫补充水。

3.3单独采用加热升温工艺

加热温度与环境湿度有关系，50℃的湿烟气、在10℃的环境下加热到80℃; 同样50℃的湿烟气、在5℃的环境下、需要加热到95℃; 如果环境温度更低，则需要加热的温度更高。上海市环境保护局于2017年6月7日印发了《上海市燃煤电厂石膏雨和有色烟羽测试技术要求（试行）》，明确采取烟气加热技术的，正常工况下排放烟温应持续稳定达到75℃以上，冬季（每年11月至来年2月）和重污染预警启动时排放烟温应持续稳定达到78℃以上。

3.4烟气降温、除湿、再热工艺

烟气除湿有很多方法，其中有湿电、旋流、管束、涡流、直接喷淋冷凝、换热器直接和间接换热冷凝。各有优缺点，采用那种方法需要看所在地能提供什么条件和综合经济因素。再热装置可以采用混风或直接加热、换热升温等方法。以上海市的观测环境条件作为基础设计参数，若先将烟气冷凝至45℃，再加热至56℃即可消除白色烟羽。

中间热媒水烟气换热工艺（Media gas- gas heater，MGGH）是基于热媒体为载体的气气换热工艺，是一种常用消白工艺，烟气冷却器布置在除尘器之后，烟气再热器设置在脱硫吸收塔后，先用热烟气加热工作液体，通过循环流动，工作液体再加热脱硫吸收塔后的冷烟气;具有热烟气余热回收和冷烟气再热相互独立性的特点，不存在冷热烟气短路造成SO2泄露等问题，具有更加良好的环保、节能效果。

4、消白工艺设备及其特点

（1）国内外烟气消白工艺中所采用的换热器主要有回转式烟气换热（RGGH），国内燃煤电厂脱硫换热器基本上全部采用RGGH。它具有可在线调节的非接触式的板式双密封系统，减少了密封件的磨损和烟气的泄漏。采用湿法静电喷涂的镀搪瓷换热元件不但具有最优异的运行性能，还有使用寿命长，缺陷少，防止裂纹，以及最佳的换热元件边缘覆盖等特性。还有一种新型GGH， 无漏风无串漏，抗堵塞，烟气不掺混超净排放;无动设备运行费用低，维冲洗便捷，除湿减排效果好，脱白更彻底;性能稳定维护费用低，能耗低经济性好，设备寿命长性价比高。

（2）MGGH工艺中烟气冷却器和烟气再热器产品采用模块化结构，现场焊接工作量少、模块之间的组装工程量少，制造和安装质量能得到有效保证;设备采用模块化结构，便于清洗、检修。换热管采用光管和翅片管两种形式，烟气冷却器的烟温较低，接近酸露点温度，煙气再热器布置在脱硫塔之后，换热元件处于低温腐蚀的条件下工作，腐蚀性很强。烟气冷却器换热元件采用ND钢或氟塑料换热器，壳体采用碳钢。烟气再热器换热材质一般选用316L奥氏体不锈钢、904L超级奥氏体不锈钢、双相不锈钢 2205或氟塑料换热器等耐腐蚀材料。采用2205不锈钢或氟塑料管，但造价太高，新型搪瓷换热管大幅提升性价比。

（3）氟塑料换热器是指小直径氟塑料软管作为传热组件的换热器，常用的氟塑料有聚四氟乙烯（F4）、聚全氟代乙丙烯（F46）和可熔性聚四氟乙烯（PFA）。氟塑料换热器主要用于工作压力为0.2～0.4MPa﹑工作温度在200℃以下的各种强腐蚀性介质的换热﹐如硫酸﹑腐蚀性极强的氯化物溶液﹑醋酸和苛性介质的冷却或加热。氟塑料具有突出的表面自润滑性，几乎所有粘性物质均不能粘附到其表面，在烟气流动时，氟塑料管微微颤动，润滑的表面可以缓冲和减轻灰份的切削磨损，具有耐磨损、防腐蚀和防堵灰特性。氟塑料换热器的主要零部件有：换热管，布管系统，管板等。

（4）热管式换热器通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，传热效率高、具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等一系列优点。用于品位较低的热能回收场合非常经济。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。

（5）浆液冷却器：通过冷却浆液的方法，降温冷凝：结构采用耐堵塞高效换热器结构，换热器立式布置，利用现有浆液管道竖直管部分进行改造;换热器底部、顶部设置浆液接口，上、下部侧边设置水侧接口，浆液自下而上流动，冷却水自上而下流动，两侧均为单程，呈纯逆流换热，提高传热效率;利用冷却脱硫浆液间接冷却净烟气，降低烟气饱和温度，将烟气中的水蒸汽凝结，减少烟气排湿量，可靠消白的同时，具有强化除尘脱硫功能，运行可靠、耐堵塞、耐腐蚀，实施简单等特点。减少烟气绝对含湿量，从根本上减弱白烟的形成。

（6）DMPTH冷凝消白除尘一体化设备采用的是中空的波纹板形式，材质选用PTH导热聚丙烯，内通除盐水作为传热介质，有良好的换热性能且具有非常好的除尘除雾功能，可以布置在水平烟道内，也可以选择安装在吸收塔内;以消白为目的的深度降温可以理解为多级轻度装置叠加使用。如果应用于吸收塔内布置，冷凝液回落后进入除雾塔内，对除雾器进行冲洗，其含固量较低，用于脱硫制浆的补水，可连同除雾器一并进行整体设计。采用多级多段连接布置方式，内部设置检修通道，采用法兰连接结构，有利于生产，运输，安装。

参考文献：

[1]王祥光.《脱硫技术》[M].化学工业出版社出版，2013.

[2]《上海市燃煤电厂石膏雨和有色烟羽测试技术要求（试行）》.

[3]《天津市2017年大气污染防治工作方案》.

[4]刘晨.2018全国钢铁、焦化行业超低排放交流会暨三脱（脱硫脱硝脱白）关键技术推荐会，烟气超低排放与除湿脱白的方案选择，