我國一批大、中型火電機組相繼投入商業運營,加大了二氧化硫的排放量。隨著環保要求的日益提高,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的壓力損失和增壓風機的電耗。在大多數情況下,一套精心設計的濕煙囪排放煙氣脫硫系統的總投資和運行、維護費用較裝有煙氣加熱裝置的脫硫系統低得多。為此,筆者就濕法煙氣脫硫系統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煙氣換熱器(降溫側)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,該區布置有噴淋層。吸收塔循環泵將石灰石漿液,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,與氣流接觸產生化學反應,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除霧器去除液滴后進入煙道,再由煙氣換熱器(升溫側)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境質量。

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,不管從環保角度,還是煙囪結構設計方面考慮,我國目前還無標準規定。據了解,國外僅德國從煙氣擴散的角度出發,在有關的條例中規定煙囪出口的排煙溫度不小于72℃。近年來,國內引進國外技術和設備建設的濕法脫硫裝置,多數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、外煙氣脫硫裝置中煙氣換熱器的設置

 　　根據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,盡管條例中規定煙囪出口的排煙溫度應不低于72℃,但也有少數電廠,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240ｍ高的鋼制濕煙囪直接排放。在國內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個雙管鋼內筒煙囪)。綜合比較,不設煙氣換熱器時,按回轉式換熱器計算,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濟因素外,主要還應綜合考慮環保因素,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℃以上時不會發生煙流下洗。煙流下洗不僅會腐蝕煙囪內的材料,而且減弱了煙氣的擴散。煙囪的外徑過大,會在其下風側產生較大的低壓區,因此,有多個內煙道的煙囪,其發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,出現煙流下洗的可能性更大。(2)煙羽的黑度測量問題。發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,不允許煙道內有加固件;且膨脹節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　發電廠是否選擇濕煙囪排放煙氣,要根據工程的具體情況,如工程所處的地理位置、機組容量、機組煙囪的設計等。除考慮經濟因素外,還要綜合考慮環保因素。大多數情況下,環保因素應優先于經濟因素。

4.3　發電廠如采用濕煙囪排放,在設計脫硫系統時就要考慮此點。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?？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驗，出口煙氣帶水情況發送明顯，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。