湿法脱硫后烟气和浆液余热回收技术研究进展

低品位余热高效深度利用是促进燃煤电站进一步节能减排的关键之一,湿法脱硫后的低温饱和湿烟气蕴含大量潜热和水资源,大量脱硫浆液吸收烟气热量后温度升高。烟气与浆液具有巨大的余热利用和水资源回收的潜力,若直接排放烟气,直接排出浆液,不但造成资源浪费,还容易引发“白色烟羽”污染环境。本文以湿法脱硫后饱和湿烟气和脱硫浆液为研究对象,针对目前湿法脱硫技术余热回收效率低、利用难以匹配冷源等困境,总结了国内外针对脱硫后烟气水热回收和浆液余热回收技术及发展方向,研究中针对浆液余热利用仍待发展。其中,直接冷凝烟气和浆液技术和热泵技术成熟,应用广泛;溶液吸收技术能源利用率高,烟气腐蚀性低;烟气膜分离技术、浆液闪蒸、热泵技术清洁环保,回收质量高。直接冷凝烟气、浆液技术和膜分离技术需要进一步提高抗腐蚀性和转换效率;浆液闪蒸、热泵技术能耗较高,吸收式热泵技术仍需寻找高效安全环保无毒的吸收溶液。最后,探讨了目前脱硫浆液余热利用的主要方式及存在问题,回收余热主要用于供暖和电厂内部热利用,以期进一步推动湿法脱硫后烟气与浆液余热回收利用,实现燃煤电站的深度节能减排。

燃煤机组湿法脱硫后饱和湿烟气余热利用技术

湿法脱硫后的烟气为饱和湿烟气,蕴含大量水蒸气及潜热,直接排放的水蒸气及低温余热是燃煤电厂水资源和能量消耗的重要组成部分。对湿法脱硫后烟气的余热利用技术进行综述,描述了冷凝法、膜分离法、吸湿溶液法及浆液闪蒸法等低品位余热利用技术的工艺流程,指出了各自的优缺点及适用范围,并对其目前的研究及应用现状进行总结,为湿法脱硫后饱和湿烟气的余热利用提供参考。

纳米陶瓷膜烟气脱水及余热回收实验分析

采用纳米陶瓷膜开展烟气脱水及余热回收实验,分析了实验系统中湿烟气的过饱和系数,验证了陶瓷膜应用于烟气脱水及余热回收的可行性,探讨了烟气体积流量、烟气温度、循环水体积流量和陶瓷膜孔径等因素对烟气脱水及余热回收特性的影响,并对烟气水分跨膜传递动力进行了研究。结果表明:水蒸气分压差是实现纳米陶瓷膜烟气脱水的源动力;提高烟气温度有助于提高烟气水热回收性能指标,而增加烟气体积流量并不能提高烟气水热回收效率;在选定的实验参数内降低循环水温度略有助于增强烟气水热回收特性,而循环水体积流量过高会导致陶瓷膜内渗入大量的非凝性气体;10 nm陶瓷膜的水回收性能指标优于0.4 nm陶瓷膜,水回收速率高达6.45 L/(h·m^(2)),热回收功率高达129.45 W。

燃煤锅炉烟气消白技术的应用现状及研究进展

介绍了目前烟气消白的相关地方标准,综述了目前烟气消白技术的应用现状及研究进展,分析了各种技术的优缺点。结果表明:直接加热法、间接加热法只消除了视觉影响,并未降低烟气含湿量;降温冷凝法对冷源要求高;冷凝再热法可彻底实现烟气消白,但设备相对复杂;溶液吸收法成本高、腐蚀性强;旋流除湿法、除雾器改造、安装湿式电除尘器等没有去除水蒸气的效果,消白能力有限。综合各种因素,得出冷凝再热法是目前较为可行的烟气消白方案。

烟气白烟羽治理排烟温度预测

锅炉烟气经过湿法脱硫净化后为饱和湿烟气,直接排放到外界大气中易产生白烟羽。利用焓湿图对白烟羽产生的条件进行分析,根据白烟羽产生的临界条件,应用理论数学建模的方法,建立了不产生白烟羽临界条件下的数学模型,提出了一种简单的实用的根据外界不同的大气环境控制排烟温度预测模型,达到烟气排放无白烟羽的目的。

喷淋法燃煤电站烟气冷凝水回收系统应用分析

电站锅炉尾部烟气经湿法脱硫塔洗涤净化后达到湿饱和状态,直接排放会导致严重的水资源损失。以直接喷淋法烟气水分回收系统为研究对象,探讨了含湿饱和烟气特征参数,构建了集烟气脱硫、水分回收及深度减排的一体化装置,分析了烟气水分回收系统的运行性能及对污染物的深度减排效果。结果表明:饱和烟气含湿量随烟气温度变化较大,烟气温度越高对应的饱和含湿量越高;烟气冷凝水回收量受冷源介质影响较为明显,一体化装置烟气水分理论回收速率由烟气进出口含湿量与流量决定,实际回收速率高达453.62 t/天,实际回收效率最高为26.44%;同时该装置实现对烟尘排放质量浓度降低66%~80%、SO2排放质量浓度降低50%~60%。研究结果为烟气水分高效回收利用提供了工程借鉴与指导。

煤电饱和烟气余热集中供暖系统特性分析

燃煤电站锅炉尾部饱和烟气直接排放会导致大量的低品位余热损失。构建了饱和烟气余热回收集中供暖系统,分析了燃煤电站供暖抽汽参数,验证了饱和烟气余热用于加热供热管网回水的可行性,探究了以不同目标运行时集中供暖系统的经济效益,揭示了运行参数对集中供暖系统热力性能的影响特性。结果表明:以饱和烟气余热作为吸收式热泵的低温热源,经吸收式热泵回收的烟气余热温度可提升30~40℃;以350MW供热机组为例,吸收式热泵回收再利用饱和烟气余热为50.23 MW,提升供暖能力带来的经济效益明显优于增加发电量对应的经济效益,机组供热能力可提高13.4%,年度供暖收益新增1975.20~3442.32万元。研究结果可为燃煤电站饱和烟气余热回收再利用提供技术参考。

沉浸式换热-热泵烟气余热回收系统应用研究

在燃煤饱和湿烟气余热回收过程中,沉浸式换热-热泵烟气余热回收系统是避免烟气阻力增加和场地限制的有效措施。文章基于湿法脱硫塔内热湿交换原理提出了沉浸式浆液换热-热泵烟气余热回收系统,阐明了其工艺流程及工程应用,分析了其热力性能、技术经济性能和污染物减排性能。结果表明:系统投运后,湿法脱硫后排烟温度由50℃降至44.5℃,回收烟气余热为2.42 MW,热泵系统热力性能系数为4.97;回收的热量用于加热热网水,额外增加供热面积为7.5万m^(2);系统投运后可降低颗粒物和SO_(2)的排放量,在整个采暖季运行期间,颗粒物和SO_(2)的减排量分别为0.17和2.42 t,具有良好的经济和环保效益。

浅谈“湿烟羽”的产生机理及消除技术

“十三五”以来,我国大气治理事业取得显著成效。但由于大多数工厂采用湿法脱硫工艺,脱硫塔出口的饱和湿烟气会与外界的冷空气混合后冷凝形成小液滴,其对光线会产生折射、散射作用,从而使烟气呈现出白色,导致能见度低或黑暗,带来严重的视觉污染。本文详细分析了湿烟羽的产生机理和消除方法,并对几种工程上常见的“消白”技术进行介绍。

冷凝再热技术在钢厂烟气消白中的应用

我国多数钢铁厂采用湿法脱硫工艺,脱硫后从烟囱排出的烟气接近饱和湿烟气状态,当其与外界冷空气混合后,烟气中的水蒸气发生凝结,经大气折射、散射后形成肉眼可见的白色烟羽。本文介绍了消除白色烟羽的三种工艺路线,详细介绍了烟气冷凝再热工艺在某钢厂消白项目中的应用情况,同时对系统的工艺组成、技术参数、优势特点等进行阐述。

燃煤电厂白色烟羽消除技术现状与展望

随着我国环保政策愈发完善和严格,电厂湿法脱硫后饱和湿烟气排入大气形成的“白色烟羽”治理需求增加。通过对白色烟羽形成与消除机理的研究,分析了目前燃煤电厂消除白色烟羽技术的优缺点及应用前景。国内外现有的消白技术主要包括烟气冷却、烟气加热、冷凝复热、旋流除湿、溶液除湿、膜法除湿等。烟气冷却、烟气加热、冷凝复热技术均通过直接/间接换热,改变烟气在出口处的状态实现消白,技术相对成熟,且已在工程实例中应用,但能耗大,对换热设备防腐要求较高,并且GGH成本高、能耗大;旋流除湿技术虽然负荷大、压降低和结构简单,但消白效果有限;溶液除湿与膜法除湿技术目前还处于试验研究阶段,由于自身技术缺陷,鲜见应用于燃煤电厂的湿烟气处理工艺中。烟气瞬间加压凝结消白技术利用流场结构瞬间提高水蒸汽分压,从而使其液化,同时蒸汽凝结液化释放大量潜热,提高了烟气出口温度,烟气除湿与加热协同作用最终保障饱和湿烟气消白。讨论和对比了各治理技术的特点和适应性,并结合试验,发现烟气瞬间加压凝结消白技术可有效回收湿烟气中的水蒸汽,且在蒸汽凝结过程中饱和蒸汽内携带的细颗粒等污染物作为凝结核被凝结液滴协同脱除,同时无需其他换热设备,降低了能耗,是烟气消白技术中的潜力技术之一。

白色烟羽定量化表征

湿法脱硫后的饱和湿烟气直接排放形成的白色烟羽不仅会造成视觉污染,还会促进二次气溶胶和雾霾形成。前人大量研究了白色烟羽的产生和控制机理,但对白色烟羽特征的表征缺乏定量化描述手段。为对不同视觉效果的白色烟羽进行定量化表征,研究其中液滴的分布规律,搭建了模拟湿烟气排放试验系统,采用遮光度表征白色烟羽,利用激光粒度仪测定不同气象条件及烟气状态下,白色烟羽扩散的遮光度变化及液滴生长规律。其中,遮光度为颗粒在光束中的遮光截面与光束总面积之比。遮光度越大,白色烟羽视觉遮挡效果越强。定义无量纲相对高度为白色烟羽高度与排烟口直径的比值;液滴平均粒径为按不同液滴粒径体积分数加权的粒径;采用最大遮光度及最大平均粒径来表征白色烟羽,分别为白色烟羽扩散过程中遮光度及液滴平均粒径的最大值。首先,以50℃的饱和湿烟气为研究对象,研究不同环境工况下遮光度和液滴粒径沿白色烟羽竖直及水平方向的变化规律,同时,分析环境温度和含湿量对遮光度及液滴平均粒径的影响。结果表明:沿白色烟羽竖直方向,遮光度及液滴平均粒径均先增大后减小。在任意相对高度处,各粒径的液滴按体积分数均呈正态分布。沿白色烟羽水平方向,遮光度由中心向边缘呈下降趋势,液滴平均粒径几乎不变。环境温度降低、环境含湿量增加均会使白色烟羽的最大遮光度与液滴平均粒径增加。其中,环境含湿量为4.8 g/kg时,随着环境温度由22℃降至10.9℃,白色烟羽最大遮光度由7.4%增至31.9%,液滴最大平均粒径由9.9μm增至26.3μm;在环境温度8.5℃时,随环境含湿量从1.75 g/kg增至4.21 g/kg,白色烟羽最大遮光度由16.89%增至42.50%,液滴最大平均粒径由21.29μm略增至23.47μm。其次,研究了饱和湿烟气初始温度对遮光度及液滴平均粒径随的影响。结果表明,饱和湿烟气初始温度的降低会显著降低白色烟羽的遮光度与粒径。在温度7℃、相对湿度55%的济南冬季大气环境工况下,随饱和湿烟气初始温度由60℃降至40℃,其最大遮光度由39%降至19%,白色烟羽的视觉效果显著消除。研究成果为白色烟羽提供了定量化表征的手段,从而为消白技术的研发与应用奠定了理论基础。

降温凝膜影响颗粒物脱除特性的实验研究

为了探究降温凝膜对颗粒物脱除特性的影响,采用电称低压冲击器对模拟烟气(过饱和湿烟气)在静电除尘器前后的颗粒物进行在线监测和分析,得到颗粒物浓度及粒径分布特征,研究了不同降温幅度下凝结相变对颗粒物脱除特性的影响,并着重关注细颗粒物。研究结果表明:降温幅度增大,细颗粒物核化凝结长大,发生凝并、团聚,粒径明显变大;降温凝膜后,静电除尘器对细颗粒物脱除效果明显增强;降温5℃与降温0℃时对比,PM10的质量脱除效率提高约30百分点。降温幅度为4℃时,PM2.5的质量总脱除效率和数量总脱除效率分别已达到73.09%、67.44%。考虑到降温成本,实际应用中,降温幅度选择4℃为宜。

Experimental study of the flow and heat transfer of a gas–water mixture through a packed channel

Waste heat recovery from the flue gas of gasfired boilers was studied experimentally by measuring the flow and heat transfer of air and water through six kinds of packing with saturated humid air as the simulated flue gas.The experiments measured the effects of inlet air temperature, inlet air velocity and circulating water flow rate on the flow and heat transfer. The results show that higher inlet air temperatures and lower inlet air velocities lower the flow resistance and increase the heat transfer coefficient. The stainless steel packing had better surface wettability and larger thermal conductivity than the plastic packing, which enhanced the heat transfer between the water and the saturated moist air. When both the flow resistance reduction and the heat transfer enhancement were considered, the experimental results gave an optimal packing-specific surface area. A packed heat exchanger tower was designed for waste heat recovery from the flue gas of gas-fired boilers based on the experimental results which had better flow and heat transfer characteristics with lower pump and fan power consumption, more stable system operation and less thermal fluctuations compared with a non-packed heat transfer system with atomized water.