1. 概況

         現(xiàn)某熱電廠有2*220t/h、5*130t/h、3*75t/h等10臺燃煤循環(huán)床鍋爐，已經(jīng)完成了超低排放改造。2臺220t/h鍋爐各有1個脫硫塔和1臺電除霧器，通過同一根煙囪排放。5臺130t/h鍋爐則是2個脫硫塔和2臺電除霧器，通過同一根煙囪排放。3臺75t/h鍋爐共用1個脫硫塔和1臺電除霧器，以及1根煙囪。該廠的脫硫塔和電除霧器是一體式裝置，電除霧器位于脫硫塔頂部。為響應(yīng)政府號召，該廠擬通過提升煙氣溫度，消除煙囪的白羽，消除視覺污染。

該廠有0.9MPa250℃的蒸汽可供使用。連排水通過擴容器，閃蒸汽已經(jīng)并入了熱網(wǎng)，剩余0.9MPa的連排水還未利用。由于濕煙氣的升溫需要消耗大量蒸汽，運行成本很高，因此，該廠要求提供最優(yōu)化方案，通過利用130℃的煙氣余熱和其它余熱，抵消煙氣升溫所消耗的能源，而且不能改造引風(fēng)機。

本煙氣消白方案針對220t/h的鍋爐。

2. 基本設(shè)計條件

220t/h鍋爐的煙氣參數(shù)如下（估測）：

                                                      連排水參數(shù)：

220t/h循環(huán)床鍋爐的連排水壓力為9.81Mpa，流量約為2.5%，大約5.5t/h。連排水?dāng)U容到0.9Mpa，使閃蒸汽接入熱網(wǎng)而得到利用，剩余的飽和水沒有利用。

 除鹽水參數(shù)：

220t/h鍋爐的除鹽水量與蒸發(fā)量相近，按220t/h計算，溫度為常溫20℃.

3. 現(xiàn)場條件

無論是進口煙道還是出口煙道，長度都非常短，改造需明確布置方式。

4. 總體原則與技術(shù)路線

4.1 總體原則

1） 濕煙氣溫度加熱到80℃，消除排煙視覺污染。

2） 盡量利用煙氣余熱和其它可利用的廢熱，使消白項目總體能量達到平衡。

3） 不改造引風(fēng)機。

4.2 技術(shù)路線

本項目的技術(shù)路線是：以除鹽水對脫硫前的煙氣進行降溫，回收部分余熱；以蒸汽對電除霧器后的濕煙氣進行升溫，達到消除白煙的目的。回收的余熱總能量要與加熱所消耗的蒸汽能量相平衡，使系統(tǒng)運行能耗降至最低。

1）技術(shù)路線的論證

可采用煙氣消白的技術(shù)路線有很多，有不增加能耗的MGGH方式，有單獨蒸汽加熱方式，有先冷凝除水后加熱升溫的方式，等等，但都不如本方案的技術(shù)路線合適。

★MGGH

對于MGGH方式，通過循環(huán)水吸收原煙氣的余熱，用于濕煙氣的加熱，也是非常節(jié)能的消白方案，但循環(huán)水的溫度較低，與煙氣的溫差小，導(dǎo)致前后兩個換熱器的換熱面積都比較大。尺寸較大的換熱器不僅難以安裝，還會較多地增大煙氣阻力，通常會超出引風(fēng)機的壓頭余量，需要改造引風(fēng)機。因此MGGH方案不現(xiàn)實。

★單獨蒸汽加熱

對于單獨蒸汽加熱方式，即通過供熱蒸汽直接對濕煙氣進行加熱。因為前段沒有降溫，蒸汽加熱所要求的升溫幅度會很大。這無疑大幅度增加了能耗，運行成本非常高，不經(jīng)濟，因此也是不可行的。

★冷凝除濕再加熱

對于冷凝除濕再加熱的消白方式，通常要采用熱泵，即通過熱泵的運行，將低溫水在電除霧器前冷凝濕煙氣，消除一定的含濕量，然后再用熱泵的高溫水加熱，所需要的升溫幅度較小。但要獲得較大的溫差，熱泵的運行功率是比較大的，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備投資也大，因此經(jīng)濟性未必好。對于小的熱電機組，脫硫塔與電除霧器往往是一體化的，也很難布置冷凝換熱器。

本方案擬采用的除鹽水冷卻原煙氣、蒸汽加熱濕蒸汽的方案，有工程與經(jīng)濟性雙重可行性。除鹽水的溫度是常溫，如果原煙氣的溫度高于120℃，則煙氣冷卻器的溫差很大，只需要少數(shù)幾排換熱管，就可以使原煙氣溫度降低20-30℃，所增加的煙氣阻力比較小，還能夠減少脫硫塔的水蒸發(fā)量，提高脫硫效率。如果連排水的余熱沒有完全利用，還可以增加一臺連排水冷卻器，回收更多的余熱。通常煙氣溫度降低20℃，可使除鹽水溫度提高10℃，相應(yīng)地減少了除氧器的蒸汽消耗量。而加熱段以供熱蒸汽對濕煙氣進行加熱，蒸汽的飽和溫度一般高于170℃，與45-50℃的濕煙氣存在很大的溫差，因此蒸汽加熱器的換熱面積也很小，煙氣阻力增加也很少。因此雖然有冷卻與加熱兩段換熱器，全流程煙氣所增加的阻力通常可以控制在400Pa左右，只有引風(fēng)機壓頭的5%左右，可以不改造引風(fēng)機。由于前段有降溫，后面的升溫幅度就可以比較小，所消耗的蒸汽能量與所利用的煙氣余熱相當(dāng)，理論上不增加能耗。因此，本方案設(shè)備小、阻力小、能量平衡等特點，非常適合煙氣消白。

2）加熱溫度的選擇

經(jīng)驗表明：將脫硫后的 45-55℃濕煙氣加溫到 70-80℃，可以消除白色煙羽。加熱溫度，與環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、脫硫出口濕煙氣溫度有關(guān)。

　　50℃的濕煙氣、在 10℃的環(huán)境下、加熱到 71.4℃;

　　50℃的濕煙氣、在 5℃的環(huán)境下、加熱到 86.2℃;

　　45℃的濕煙氣、在 10℃的環(huán)境下、加熱到 57.9℃;

　　55℃的濕煙氣、在 10℃的環(huán)境下、加熱到 87.9℃。

可見，在環(huán)境溫度相同時，低溫濕煙氣只需要加熱到較低的溫度，就能消除白色煙羽。

從理論上來說，通過前段煙氣冷卻，脫硫后的濕煙氣溫度通常在48℃以下，加熱到80℃可保證在冬季環(huán)境溫度下，也看不見白色煙羽。因此，設(shè)計溫度設(shè)定在80℃是能滿足嚴格的環(huán)保要求的。當(dāng)環(huán)境溫度比較高時，排煙溫度可能在70℃就能消白，這時只要降低蒸汽壓力，就能控制加熱溫度，從而減少蒸汽消耗量。

3）材質(zhì)的選擇

用于酸性煙氣的冷卻和加熱設(shè)備的材質(zhì)是不多的，常用的有ND鋼、2205雙相不銹鋼、氟塑料等寥寥數(shù)種。本方案采用SS2205不銹鋼。

ND鋼是一種耐硫酸露點腐蝕的特種鋼，在煙氣露點溫度附近使用，具有良好的耐腐蝕性。有試驗表明，ND鋼的硫酸（70℃50%濃度）腐蝕速率，分別是20#鋼的1/14，SS316L不銹鋼的1/3、日本CRIR鋼的1/1.8、考登鋼的1/9。但ND鋼的使用范圍非常狹窄，適合中溫（70℃以上）中高濃度（50%以上）硫酸的場合，對于稀硫酸，其耐腐蝕性能大打折扣。MGGH中的冷卻段大量使用了ND鋼。本方案中冷卻器的管壁溫度很低，低于水露點溫度，硫酸的濃度也會較低，因此不能使用ND鋼。

SS2205雙相不銹鋼是一種耐腐蝕性能非常好的不銹鋼，強度是普通不銹鋼的2倍，非常適合制作酸性環(huán)境的換熱器。很多煙氣消白項目采用了SS2205不銹鋼為換熱器。SS2205換熱元件可以制作成翅片管，大大減小換熱器的體積，在無粉塵無沾污的煙氣環(huán)境下使用是較為理想的。目前煙氣都已經(jīng)達到了超凈排放標準，特別是加裝了電除霧器后，換熱器被沾污的可能性大大降低了。

氟塑料主要是PTFE，即聚四氟乙烯，是最好的耐腐蝕材料，只能在150℃以下的溫度使用。氟塑料換熱器管內(nèi)介質(zhì)是液體，不適合蒸汽加熱。以PTFE制作的煙氣-水換熱器，尺寸較小，阻力較低，重量很輕，不粘灰，不結(jié)垢，不腐蝕，因此特別適合制作MGGH。本方案中的煙氣冷卻器，也是可以用氟塑料制作的。但氟塑料的導(dǎo)熱系數(shù)極低，只有0.2J/mK，因此管子很細，管壁很薄，管子的數(shù)量和回程很多，使得煙氣阻力較大。

另一種結(jié)合氟塑料和不銹鋼管的塑鋼復(fù)合管，可以用蒸汽加熱，具有氟塑料的耐腐蝕耐沾污特性。但由于聚四氟乙烯的熱膨脹系數(shù)是不銹鋼的10倍以上，很難保證在較大的溫度范圍內(nèi)復(fù)合緊密，況且聚四氟乙烯還具有一定的蠕變特點，如果松脫，就會傳熱惡化。因此存在較大風(fēng)險。

5. 系統(tǒng)的能量平衡計算

1） 原煙氣的放熱量

原煙氣的推算流量為304500Nm/h，質(zhì)量流量為110.13kg/s。從130℃冷卻到98℃，平均比熱為1.08kj/kgK。原煙氣的放熱量為：

Qr=m*Cp*(130-98)=110.13*1.08*(130-98)=3806KW

2）連排水的廢熱

220t/h鍋爐如果連排量為2.5%，總連排水為5.5t/h。擴容到0.9MPa后，剩下的飽和水為3.74t/h。如果將0.9MPa的飽和水從180℃冷卻到60℃，則可利用的余熱為：

Qp=mΔh=3.74/3600*（763-252）=530KW

3）濕煙氣的吸熱量

原煙氣為130℃時，濕煙氣原本是50℃。原煙氣降低32℃后，濕煙氣溫度大約為48℃，煙氣的質(zhì)量流量為110.43kg/h。濕煙氣從48℃升溫到80℃，平均比熱為1.08kj/kgK。因此濕煙氣的吸熱量為：

Qs=m*Cp*Δt=110.43*1.07*(80-48)=3782KW

原煙氣的放熱量與濕煙氣的吸熱量幾乎相等。

連排水的廢熱如果利用，則是凈節(jié)能量。

6. 系統(tǒng)的水平衡計算

原煙氣溫度為130℃時，煙氣質(zhì)量流量為110.13kg/s，濕煙氣質(zhì)量流量為111.43kg/s，蒸發(fā)的水量為（111.43-110.13）*3600=4.68t/h。

原煙氣溫度為98℃時，煙氣質(zhì)量流量為110.13kg/s，濕煙氣質(zhì)量流量為110.43kg/s，蒸發(fā)的水量為（110.43-110.13）*3600=1.08t/h。

可見，蒸發(fā)水量減少了3.6t/h。亦即，從50℃降低到48℃，凝結(jié)了3.6t/h水。

7. 系統(tǒng)與設(shè)備布置

7.1  煙氣消白系統(tǒng)

上圖是煙氣消白的系統(tǒng)圖。如果煙氣從130℃降低到98℃，220t/h的除鹽水溫度可以由20℃提升到35℃。濕煙氣溫度由50℃降低到48℃，然后又升溫到80℃。所用蒸汽參數(shù)0.9MPa250℃，凝結(jié)水排入除氧器回收，蒸汽耗量為6285kg/h。

由于SS2205要求蒸汽溫度低于250℃，如果高于此溫度，就需要對蒸汽進行噴水降溫。因此需要一臺噴水減溫裝置，以除鹽水進行減溫。

7.2 設(shè)備布置

無論是煙氣冷卻器還是煙氣加熱器，尺寸都比較大，雖然本體厚度方向不到1米，但進出口喇叭接口長度較長，所以總長度有4米左右，需要比較長的煙道才能滿足要求。某熱電220t/h鍋爐的煙道太短，常規(guī)布置換熱器存在很大難度。

 1）煙氣冷卻器的布置
            對于煙氣冷卻器，可以布置在除塵器的出口處。具體的做法是：割除除塵器的出口喇叭接口，然后在除塵器出口端布置煙氣冷卻器，最后再把除塵器的喇叭口焊接上。這樣布置可以省去換熱器的進出口喇叭接口，除塵器只需增加1米長度即可，總的阻力增加很少。

2） 煙氣加熱器

 煙氣加熱器布置在脫硫塔電除霧器的出口煙道與煙囪入口之間。鑒于出口煙道太短，可以利用電除霧器的出口端，割除喇叭接口，在出口端布置煙氣加熱器，然后再重新安排煙道，如圖所示。這樣只是電除霧器出口端延長了1米，完全可以布置下。與煙氣冷卻器一樣，阻力也是增加極少。

8. 換熱器設(shè)計參數(shù)

9.  方案的可行性

本方案的換熱器因為采用了翅片管，尺寸是各種換熱器中最小的。與除塵器除霧器出口相結(jié)合的獨特的布置方式，不僅解決了安裝空間狹小的問題，還減小了阻力降，避免了引風(fēng)機的改造。改造工程量相對最小。

系統(tǒng)的煙氣冷卻所節(jié)約的蒸汽，與煙氣加熱器所消耗的蒸汽熱量相當(dāng)，沒有額外的能耗，因此運行費用也是最低的。如果利用0.9Mpa的連排水的余熱，還可以節(jié)能。

因此，無論從技術(shù)上、工程施工上、還是從經(jīng)濟性來看，這個方案都是可行的，而且是最佳的選擇。

10.  余熱利用項目的經(jīng)濟性

余熱利用項目包括煙氣余熱利用和連排水余熱利用兩個部分。

1） 煙氣余熱利用

利用除鹽水對原煙氣進行冷卻，從130℃降低到98℃，可以獲得3806KW熱量的節(jié)能量，將除鹽水提高15℃（35℃時焓值為148kj/kg）。如果用蒸汽加熱來替代余熱利用，假設(shè)蒸汽熱量完全利用，也需要消耗0.9MPa250℃的蒸汽（焓值2943kj/kg）：

M=3806/（2943-148）*3600=4900kg/h

按每噸蒸汽130元，一年可用小時數(shù)5000小時計算，每年煙氣余熱利用的效益為：

￥=4.9*130*5000=3185000元

2） 連排水余熱利用

某熱電的連排水經(jīng)過初步擴容后，閃蒸汽并入熱網(wǎng)，得到了回收利用。但連排水在初步擴容后，還有飽和水為3.74t/h沒有利用。如果將0.9MPa的飽和水從180℃冷卻到60℃，則可利用的余熱為530KW。如果用來加熱連排水，可使220t/h的連排水溫度提高2℃。如果用蒸汽加熱來替代余熱利用，假設(shè)蒸汽熱量完全利用，也需要消耗0.9MPa250℃的蒸汽（焓值2943kj/kg）：

M=530/（2943-148）*3600=682kg/h

按每噸蒸汽130元，一年可用小時數(shù)5000小時計算，每年煙氣余熱利用的效益為：

￥=0.68*130*5000=442000元

由此可見，煙氣余熱利用和連排水余熱利用，可以分別節(jié)約加熱用蒸汽4.9t/h和0.68t/h，產(chǎn)生經(jīng)濟效益每年318.5萬元和44.2萬元。兩項合計362.7萬元。

11. 方案實施步驟

綜上所述，煙氣消白項目可以分兩步走，先加裝煙氣冷卻器和連排水冷卻器，作為余熱利用節(jié)能項目，減少除氧器的蒸汽消耗，減少脫硫塔內(nèi)水的蒸發(fā)，獲得良好的經(jīng)濟效益。當(dāng)環(huán)保要求進一步嚴格時，相應(yīng)政府號召，再加裝煙氣加熱器，實現(xiàn)煙氣消白。