TSD脱白技术在中小型锅炉上的应用

王锐

（湖南宏福环保股份有限公司，长沙 410205）

引言

锅炉后端加装湿法脱硫系统后，脱硫循环浆液与高温烟气直接接触，发生传热传质。水分蒸发，增加了烟气的含湿量，烟气温度降低，烟气携带水蒸汽的能力降低。烟气达到饱和状态后，会携带部分石膏浆液的小液滴。这些携带小液滴的饱和湿烟气经脱硫塔上部的除雾器除去绝大部分液滴后，经烟囱排入大气，当环境温度低于烟气温度时，烟气中的雾滴（含有石膏）凝聚长大并自然沉降至周边区域形成“石膏雨”，在降温过程中，湿烟气所含的水蒸汽饱和凝结，凝结水雾滴对光线产生折射、散射，从而形成白色或灰色的湿烟羽，对周边居民的生活及生产造成了不良影响。

近年来，各地环保行政管理部门先后制定了烟囱白烟排放的控制指标，主要是要求去除烟气中的雾滴颗粒、降低烟气湿度和从感官上消除白烟。2017年6月《上海市燃煤发电机组环保排序办法》指出：“2017年环保排序计算方法：二氧化硫、氮氧化物、烟尘权重分别为0.2、0.3、0.2；完成消除石膏雨飘落及有色烟羽的机组赋值0，未完成的机组赋值1，权重为0.1；煤场全部密封的机组赋值0，未完成的机组赋值1，权重为0.2”；2017年8月，原浙江省环保厅在消除石膏雨、有色烟羽等情况征求意见稿强调：“位于城市主城区及环境空气敏感区的燃煤发电锅炉应采取烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽等现象”；2017年10月，原邯郸市环保局、原天津市环保局先后印发通知，明确了火电、钢铁等重点行业开展“石膏雨、有色烟羽”治理工作的重点，并明确了有色烟羽的定义。许多燃煤电厂由于加装了石灰石-石膏湿法脱硫系统，更是将消除“白色烟羽”作为超低排放改造的重要内容之一。

本文以某公司TSD脱白技术在广东省某电厂的75t/h循环流化床锅炉改造项目上的应用为例，在已有的湿法脱硫系统上进行局部改造，以满足环保脱白排放要求。

1 TSD脱白系统改造原则

1）改造应利用现有的环保设施进行局部改造，且改造不对周边环境和设施造成影响；2）基于经济成本和施工难度及工期考虑，改造主要在脱硫塔上部进行，当脱硫塔整体强度或稳定性不足时，应进行局部加固处理；3）现有环保设施的改造和调整不应影响原系统的运行要求；4）脱白系统的设备布置应满足场地实际情况和工艺系统布置及功能需要；5）脱白系统应不影响现有脱硫系统的水平衡，不增加废水系统的处理负荷，不产生二次污染；6）脱白系统应最大程度地利用现有厂区资源，达到节能减排的效果；7）脱白系统应尽量减少污染物地扩散范围，降低对周边环境的影响。

2 TSD脱白系统改造方案

2.1 工艺设计相关数据（表1）

表1 脱白系统工艺设计参数

2.2 TSD脱白改造方案

2.2.1 TSD脱白技术原理分析

图1为相对湿度为100%的空气中含湿量随温度的变化趋势曲线，表2为一定温度下饱和湿烟气的湿度和焓值数据。A点为排放湿烟气的初始状态（温度50℃、湿度79g/kg、焓值2591.8kJ/kg），B点、C点为不同的环境空气状态，AB、AC分别与饱和湿度曲线相交于B1、C1点。湿烟气从烟囱口排出后是否会出现白烟及出现白烟的长度，不仅与烟气本身含湿量的多少、烟气的温度（A点位置）有关，而且与它周围环境空气的温度、湿度（即B、C点在图1上的位置）也有关。

A点状态的湿烟气从烟囱口排出后，沿饱和湿度曲线变化到B1点，在这个过程中湿烟气与环境空气进行热交换，同时湿烟气中的水分凝结成小液滴，也即形成“白色烟羽”，然后由B1点沿直线变化到环境状态B点，在这个过程中“白色烟羽”消失。由A点变化到环境温度更低的C点的过程也类似，只不过“白色烟羽”的长度更长。因此，只要湿烟气的初始状态点与环境状态点的连线与饱和湿度曲线相交，就会产生“白色烟羽”。并且环境温度越低、湿度越大、“白色烟羽”越长。

因此“白色烟羽”的消除可通过调整A点的位置，使其更趋近于环境空气状态点（如B点），即通过降低脱硫后湿烟气的温度和湿度，以缩短A、B两点间的距离，从而减少烟囱排放湿烟气的白烟产生量和长度。同时通过对湿烟气进行热交换，从而提升低温湿烟气的温度和焓值，形成较高温度的不饱和烟气，即使A点位于饱和湿度线以下，使AB线与饱和湿度线不相交或相交点B1接近B点，以达到消除“白色烟羽”的目的。

图1 温湿图上烟气状态变化

表2 饱和湿烟气湿度和焓值数据[1]

2.2.2 TSD脱白工艺介绍

TSD烟气脱白系统包括湿烟气冷凝、烟羽回收和烟气换热三个部分，可与湿法脱硫塔采用一体化设计，亦可进行独立设置。湿烟气冷凝段，设置有工艺水喷淋系统、工艺水收集系统、工艺水循环系统和工艺水冷却系统，通过工艺水的循环利用，降低系统运行的水耗量。烟羽回收段，设置有多相微孔接触器、列管式分离器、折流板式分离器和集管式分离器等设备，可根据湿法脱硫系统的设备配置以及项目运行的实际情况进行选配，回收的烟羽可进入脱硫系统进行循环使用，不产生二次污染。烟气换热段，一般考虑采用两种方式，一种为只设置管式换热器，采用脱硫塔前端的原烟气直接加热后端的净烟气；另一种为设置管式换热器和换热风机，采用脱硫塔前端的原烟气加热冷空气，然后将热空气与脱硫塔后端的低温净烟气进行混合，通过提升后端净烟气的露点减少湿烟羽的携带量，同时由于抬升了烟气排放高度，减少了污染物扩散。

2.2.3 TSD脱白方案

根据脱白技术原理，综合考虑项目的地域环境平均温度为21.8℃，因此无需将湿烟气降至较低，且脱硫塔后端的净烟气只需升至较高温度即可实现环保要求。脱硫系统的循环浆液含固量一般控制在15%～20%[2]，而二级平板式除雾器后部的雾滴颗粒浓度值一般≤75mg/Nm3[3]，因此只需将脱硫后的湿烟气降温至40℃并形成饱和烟气，然后再加热至50℃形成不饱和烟气，即可实现脱白要求。综合利用脱硫前的热空气加热小风量的冷空气，进行混热处理是最为经济性的选择。

该项目TSD脱白方案将脱硫塔前端的热烟气经过换热处理后进入脱硫塔进行脱硫处理，经二级平板式除雾器先进行初级除雾处理，然后进入TSD脱白系统的湿烟气冷凝段去除烟气中的“烟羽”，再进入烟羽回收段形成低温饱和湿烟气，湿烟气经脱硫塔后端的烟道与热风混合后达到脱白效果，具体工艺流程见图2。

图2 TSD脱白工艺流程

2.3 TSD脱白系统的特点

（1）TSD脱白系统与现有脱硫塔采用一体化结构设计，可减少设备占地面积，提高钢结构利用率。

（2）烟气冷凝系统采用逆向喷淋结构，进行管网式复合喷淋结构设计，布置于现脱硫塔二级平板式除雾器上方，以提高冷凝水的比表面积，实现冷凝水与烟气的最大接触，从而有效地去除烟气中的可溶性污染物，同时回收水分和余热；采用外循环冷却和内循环喷淋相结合的工作方式，在满足系统水平衡的前提下减少系统水耗量，同时可适应烟气负荷的变化。冷凝水收集系统采用交错式管渠结构设计，可有效收集喷淋冷凝水和烟气中的凝结水，避免影响原脱硫系统的水平衡。外循环冷却水与电厂内的冷却塔系统连接，减少了系统耗水量。

（3）烟羽回收系统采用分级回收方式，一级粗处理利用现有的二级平板式除雾器，二级处理采用集管式分离器布置于烟气冷凝系统上方，同时采用集束式分区结构设计，通过内部文丘里管等结构形成烟气旋流，以达到深度去除烟气中可溶性污染物的目的，同时可适应烟气负荷的变化，在利用现有设备和结构的同时可最大限度地实现烟羽回收。

（4）烟气换热系统配置有管式换热器和换热风机，管式换热器布置于脱硫塔的原烟气烟道与净烟气烟道之间，采用换热风机将冷空气与脱硫塔前端的热烟气进行换热，升温后的热空气与脱白后的低温湿烟气进行混合后进入烟囱排放，在利用现有热源的基础上降低了系统能耗；将热空气与低温湿烟气进行混热处理，可提升烟气换热效率，通过提升净烟气的露点温度以减少湿烟羽的携带量，同时抬升烟气排放高度，有利于烟气的高空扩散；烟气换热系统与现有的烟气烟道采用并联方式，以实现设备的在线切换和检修。

3 结论

（1）由于使用中小锅炉设备的电厂厂区一般都较为狭窄，因此新增的系统和设备需要尽量利用现有设施场地，同时减少新增设备的占地面积。

（2）在脱白技术应用上，地域气象情况是必须考虑的条件之一，综合利用厂区的现有热源，采用混热这种较高热传递效率的方式是较为经济合理的选择。

（3）采用冷凝-收集工艺流程，在降低脱硫后湿烟气的温度和湿度同时，也去除了一部分湿烟气中夹带的污染性物质，实现了烟气的深度净化，具有一定的环保效应。