本文敘述了采用濕法脫硫的燃煤熱電廠，在消除有色煙羽上的各種技術(shù)路線，初步描述了這些工藝線路的優(yōu)缺點(diǎn)；以300MW 燃煤鍋爐迚行超低排放改造中，經(jīng)過(guò)濕法脫硫塔后，采用將凈煙氣加熱的技術(shù)路線，重點(diǎn)分析國(guó)內(nèi)常規(guī)的?MGGH與?HGGH技術(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，從系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成、經(jīng)濟(jì)性等斱面對(duì)比得出：在消除有色煙羽過(guò)程中，加熱類 HGGH技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、易于操作，節(jié)能效果明顯、投資較低，為現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)燃煤鍋爐消除有色煙羽提供一種經(jīng)濟(jì)、可行的技術(shù)路線。

1概述

目前，我國(guó)大部分燃煤鍋爐脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，該工藝可使煙氣溫度降低至 45~55℃，這些低溫飽和濕煙氣直接經(jīng)煙囪進(jìn)入大氣環(huán)境，遇冷凝結(jié)成微小液滴，從而產(chǎn)生”白色煙羽”。雖然單純的白色煙羽對(duì)環(huán)境質(zhì)量沒(méi)有影響，但是影響環(huán)境感觀，有時(shí)甚至?xí)徽`認(rèn)為有毒、有害廢氣。隨著霧霾天氣在我國(guó)日益頻繁的出現(xiàn)，”白煙”現(xiàn)象引起了廣泛關(guān)注，視覺(jué)污染嚴(yán)重，對(duì)周圍環(huán)境和居民生活造成嚴(yán)重影響。

近期各地陸續(xù)出臺(tái)了大氣治理新規(guī)，上海市環(huán)境保護(hù)局發(fā)出了‖關(guān)于印發(fā)《上海市燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保排序辦法》的通知‖，自 2017 年 8 月 20 日起實(shí)施；2017 年 10 月 21 日，天津市環(huán)保局印發(fā)了“關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)我市火電、鋼鐵等重點(diǎn)行業(yè)大氣污染深度治理有關(guān)工作的通知”，并將《石膏雨和有色煙羽定義》作為附件隨文印發(fā)；2017 年 8月 28 日，浙江省環(huán)境保護(hù)廳印發(fā)了“關(guān)于征求地方環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見(jiàn)稿）意見(jiàn)的函”。

如何消除有色煙羽，已經(jīng)成為現(xiàn)階段討論的熱點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)比重點(diǎn)介紹的熱管式氣-氣換熱器技術(shù)（Heat pipe Gas-GasHeater，簡(jiǎn)稱 HGGH）， 可以很好地解決上述有色煙羽的問(wèn)題。

2 消除有色煙羽的技術(shù)路線

對(duì)于燃煤機(jī)組濕法脫硫工藝后低溫濕煙氣，目前在工程實(shí)踐中有許多環(huán)保節(jié)能技術(shù)對(duì)有色煙羽治理有明顯效果。有色煙羽治理技術(shù)可歸納為四大類： 混溫類、加熱類、冷凝類、冷凝再加熱類。

2.1 混溫技術(shù)

混溫技術(shù)主要利用干凈的高溫介質(zhì)直接摻入脫硫后的低溫凈煙氣中，將凈煙氣溫度提高的同時(shí)，減少單位污染物的排放；一般是將來(lái)自鍋爐空氣預(yù)熱器或用蒸汽加熱后一定量的熱風(fēng)引入到脫硫凈煙氣中，熱風(fēng)與凈煙氣直接混合，提升凈煙氣的溫度到合理范圍 ，從而減少有色煙羽的出現(xiàn)?；鞙丶夹g(shù)在遼寧撫順熱電廠、國(guó)華臺(tái)山電廠已投入工程應(yīng)用。

混溫技術(shù)是一種簡(jiǎn)單易于操作的煙羽治理方法，但不管是利用鍋爐空預(yù)器的熱風(fēng)還是用蒸汽額外加熱空氣都存在著能耗較大的問(wèn)題；利用鍋爐系統(tǒng)一次風(fēng)或二次風(fēng)會(huì)導(dǎo)致鍋爐熱效率有所降低，同時(shí)增加風(fēng)機(jī)能耗；利用蒸汽加熱后的空氣，蒸汽耗量、電耗都較高。

2.2 加熱技術(shù)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)脫硫后低溫濕煙氣消除有色煙羽都采用了加熱升溫的方法，加熱技術(shù)路線分為利用原煙氣余熱加熱凈煙氣以及利用其它熱源加熱凈煙氣兩種，前一種比較常規(guī)，也是有色煙羽治理成熟的技術(shù)路線，如早期的回轉(zhuǎn)式氣氣換熱器（Rotary Gas-Gas Heater，簡(jiǎn)稱 RGGH）和管式煙氣換熱器（Gas-Gas Heater，簡(jiǎn)稱 GGH），后來(lái)的熱媒管式煙氣換熱器（Medium Gas-GasHeater，簡(jiǎn)稱 MGGH）以及熱管式氣-氣換熱器技術(shù)（Heat pipe Gas-Gas Heater，簡(jiǎn)稱 HGGH）；后一種應(yīng)用案例相對(duì)較少，如蒸汽直接加熱凈煙氣換熱器等，雖然系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但能耗較高。

圖 1 MGGH 工藝流程

2.3 冷凝技術(shù)

濕煙氣冷凝除濕技術(shù)可分為兩類：一類采用間壁式換熱器，煙氣與冷卻水通過(guò)換熱器相互隔離，水蒸氣在換熱器表面凝結(jié)并將熱量傳遞給冷卻水，換熱器底部設(shè)有回收裝置收集凝結(jié)水，換熱器可采用單級(jí)或多級(jí)；另外一類采用直接接觸式，通過(guò)噴淋塔或填料塔等方式對(duì)煙氣降溫，水蒸氣凝結(jié)并混入冷卻水，煙氣顯熱及水蒸氣的潛熱均進(jìn)入冷卻水。

間壁式換熱器熱阻較大，但冷卻水側(cè)水質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)分離出冷凝水便于處理。直接噴淋式效果較好，但煙氣中粉塵、酸、鹽等成分的富集，使系統(tǒng)出水需進(jìn)行處理以達(dá)到回用要求。

冷凝技術(shù)在消除有色煙羽的同時(shí)，可以回收大量水分及其汽化潛熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)水降耗，但由于煙氣溫度較低，設(shè)備的腐蝕較為嚴(yán)重，另外回收后的水含有各種雜質(zhì)，處理問(wèn)題有待考慮。

2.4 冷凝再加熱

冷凝再加熱技術(shù)路線是在結(jié)合了冷凝技術(shù)與加熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，從技術(shù)上解決在一些氣候濕潤(rùn)地區(qū)的有色煙氣情況，而且兼顧了中國(guó)北方大部分地區(qū)缺水現(xiàn)象嚴(yán)重的情況；利用冷凝技術(shù)在減少濕煙氣含水量的同時(shí)，可以將冷凝下來(lái)的冷凝水用于脫硫用水，解決水資源，利用加熱技術(shù)、根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件將含濕量降低的煙氣升到合理的溫度，解決有色煙羽問(wèn)題。

冷凝再加熱技術(shù)屬于組合技術(shù)，由于設(shè)備較多、系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此投資較大。

以上四類技術(shù)路線，基本涵蓋了燃煤行業(yè)內(nèi)消除有色煙羽所有技術(shù)路線，其中煙氣加熱技術(shù)是最成熟，也是最常用的技術(shù)；本次對(duì)適用于燃煤電廠超低排放兩種消除有色煙羽技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，即 MGGH 與 HGGH。

3?MGGH與HGGH的介紹分析

3.1MGGH

MGGH 技術(shù)是由日本三菱公司開(kāi)發(fā)出的一種新工藝—無(wú)泄漏管式熱媒體換熱器， 用以解決腐蝕問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)布置的最優(yōu)化，其工藝流程如圖 2 所示。

圖 2 整體式 HGGH

第二種用于大型發(fā)電機(jī)組上的分體式高效 HGGH，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示；

圖 3 分體式高效 HGGH 結(jié)構(gòu)及原理

分體式高效 HGGH 系統(tǒng)是類似 MGGH 系統(tǒng)的工藝流程，最核心的區(qū)別就是分體式高效HGGH 系統(tǒng)無(wú)需循環(huán)水泵、輔助加熱器以及補(bǔ)水裝置，如圖 4 所示；

圖 4 分體式高效 HGGH 工藝流程

分體式高效 HGGH 核心是由蒸發(fā)管束、冷凝管束、上升及下降管組成，通過(guò)原煙氣的冷卻達(dá)到凈煙氣被加熱的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)消除有色煙羽的目的。冷、熱段相對(duì)應(yīng)的各片管束通過(guò)蒸汽導(dǎo)管和回液導(dǎo)管連接，構(gòu)成各自獨(dú)立的封閉管路系統(tǒng)。由于上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

（l）裝置的蒸發(fā)段和冷凝段可視現(xiàn)場(chǎng)情況而分開(kāi)布置，因此可以遠(yuǎn)距離傳熱，給工藝設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的靈活性，也為裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)造了良好的條件。

（2）工作介質(zhì)的循環(huán)是依靠回流液的位差和密度差作用，不需外加動(dòng)力，無(wú)機(jī)械運(yùn)行部件，增加了設(shè)備可靠性，也極大地減少了運(yùn)行費(fèi)用。

（3）冷凝段與蒸發(fā)段彼此獨(dú)立，易于實(shí)現(xiàn)流體分隔密封，故也能適用于易燃易爆等危險(xiǎn)性流體的換熱。并且也可實(shí)現(xiàn)一種流體與多種流體的同時(shí)傳熱.

（4）冷、熱段管束可根據(jù)冷、熱流體的性能及工藝要求選擇不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)和換熱管材質(zhì)。從而有效地解決設(shè)備的強(qiáng)度和露點(diǎn)腐蝕等問(wèn)題。

（5）根據(jù)工藝要求，可以進(jìn)行順、逆流混合布置，適應(yīng)較寬的溫度范圍.

（6）系統(tǒng)換熱元件由多片熱管管束組成。各片之間相互獨(dú)立，一片甚至幾片損壞或失效不影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，只是整體換熱效率會(huì)略有降低而已。

3.3 案例分析

華能某電廠 2×300MW 機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的 HG-1025/17.5-YM1 自然循環(huán)汽包爐單爐膛、一次中間再熱、低氮燃燒器、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu) Π 型布置。

2016 年實(shí)現(xiàn)超低排放改造，針對(duì)白色煙羽治理選用技術(shù)路線進(jìn)行對(duì)比，主要針對(duì) MGGH 與 HGGH之間選擇，性能參數(shù)見(jiàn)表 1。

MGGH?與 HGGH 系統(tǒng)主要設(shè)備組成對(duì)比，見(jiàn)表 2

MGGH 與 HGGH 系統(tǒng)投資對(duì)比，見(jiàn)表 3

注：1、以上價(jià)格煙氣冷卻器換熱管采用 ND鋼，加熱器換熱管采用 316L+2205 材料；

2、以上不含鋼結(jié)構(gòu)及土建部分費(fèi)用。

通過(guò)以上對(duì)比可以看出，同樣性能下，HGGH系統(tǒng)要比 MGGH 系統(tǒng)簡(jiǎn)單的多，整個(gè)投資費(fèi)用相對(duì)較少，關(guān)鍵在額外的電能以及輔助蒸汽上，HGGH 系統(tǒng)的節(jié)能效果要明顯的多。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)有色煙羽治理技術(shù)路線分析，可以看出脫硫后的凈煙氣加熱技術(shù)在以后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里還是主流消除有色煙羽的技術(shù)；對(duì)于符合超低排放工藝路線，又能解決有色煙羽的HGGH 和 MGGH 技術(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析可以看出，HGGH 技術(shù)在各方面優(yōu)勢(shì)十分明顯，值得在燃煤電廠煙氣治理中大力推廣。