摘要：锡盟地区褐煤储量丰富，但水资源匮乏、生态环境脆弱。为了遵循国家能源局关于“注重环保，高度节水，集成应用当今最先进技术，实现可持续发展”的原则建设锡盟煤电基地，锡盟煤电基地电源项目不同程度地开展了提水发电技术的研究工作，并取得了相应的研究成果。
关键词：烟气提水；换热器；机械通风冷却塔
1.引言
锡盟地区褐煤储量丰富，但水资源匮乏、生态环境脆弱。为了遵循国家能源局关于“注重环保，高度节水，集成应用当今最先进技术，实现可持续发展”的原则建设锡盟煤电基地，锡盟煤电基地电源项目不同程度地开展了提水发电技术的研究工作，并取得了相应的研究成果。为保证当地经济可持续发展，锡盟发改委制定了“锡盟煤电基地建设项目百万千瓦外补水指标不高于0.03立方米/秒”的约束条件。
2．工艺简介
烟气提水换热器布置于脱硫吸收塔出口和烟囱烟道进口之间，脱硫吸收塔后的净烟气经提水换热器冷却后进入烟囱，排入大气。净烟气在冷却降温过程部分湿饱和蒸汽将凝结成水，凝结水在烟气提水换热器底部的集水槽中不断聚集，并通过管道自流至凝结水收集箱。烟气凝结水收集箱中的凝结水再通过提升泵输送至脱硫系统经加药处理后作为补充水。
烟气提水换热器将烟气中的热量带入系统闭式循环水系统中（使用除盐水作为换热介质），然后通过机械通风间接空冷系统对闭式循环水进行冷却降温。
3.工艺形式
经调研及与相关厂家进行技术交流发现，在电厂脱硫吸收塔后布置换热器来降低烟气温度可达到节水甚至能回收水的目的。经了解存在两种流派，一种是在脱硫吸收塔后烟道中布置安装表面式换热器来降低烟气温度达到节水和回收水；另一种是在脱硫吸收塔后再设置一级吸收塔通过混合式换热方式降低烟气温度达到节水和回收水。
（1）采用表面式换热器方式
上都发电有限责任公司与西安交通大学通过搭建 “褐煤烟气湿法脱硫节水研究”小型实验系统、搭建“褐煤湿法脱硫后烟气深度节水”试验台和搭建中试试验系统三个阶段的研究，证明了在高水分褐煤机组脱硫系统中，通过合理控制调整运行参数，可比低水分燃煤机组节水约30～40%，同时对脱硫烟气冷凝过程中的传热规律及影响因素、水分的凝结、回收以及烟气潜热回收情况进行了研究。
上都电厂由于燃用高水分褐煤（收到基水分35～40%），锅炉排烟温度较常规烟煤高约25～30℃，脱硫吸收塔出口温度也相应较高，实际脱硫塔出口烟气温度近60℃，600MW工况脱硫后饱和烟气含水大于200t/h，如在脱硫后烟气段设置烟气换热设备，使烟气温度降低5℃，每小时可以凝结65吨水（计算值），最大换热量为69611.07kW。实际脱硫耗水量为52t/h，具有脱硫零耗水条件，但不包括必须的工艺水（约5t/h）及排污（约5t/h）。
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上述研究的成功应用就是国电常州发电有限公司一期#1机组脱硫吸收塔和湿式静电除尘器之间的相变凝聚均流器，通过进一步降低烟气温度来提高湿式静电除尘器效率，同时具有冷凝烟气回收水的作用。
（2）采用混合式换热器方式
某公司在托电公司6号机组开展了脱硫塔后尾部炉烟提水试验工作，具体试验内容如下：
吸收塔排出的净饱和净烟气进入冷却凝结塔，经过应用“旋流耦合”技术的湍流器层与喷淋下来的～40℃冷却循环水进行剧烈的汽水混合，实现换热降温冷凝，冷凝生成的细小雾滴大部分被冷却循环水捕悉，一部分随着降温后温度约为～45℃的净烟气与喷淋层的液滴接触被捕悉与喷淋液一起落下，其余的细小液滴在上部的管束除尘器层被捕悉，极少部分随烟气排放。
冷却循环水在冷却凝结塔内旋湍流器层与饱和气换热后被加热至～45℃，同时将吸收塔出口的净烟气中夹带的少量尘通过洗涤脱除一次，截留下来的尘带入～45℃冷却凝结塔液中。冷却凝结塔内的45℃冷却循环液泵送至空气冷却器冷却至40℃后，重新返回冷却凝结塔喷淋冷却吸收塔外排净烟气。
冷却塔冷却凝结下来的冷凝液作为排放液返回脱硫系统作为工艺水补水和除雾器冲洗水。
冷却凝结塔采用专有的旋流耦合技术，在极小的液气比条件下即可实现气液的充分接触换热。同时应用旋流耦合技术的湍流器拥有良好的气液接触效果也保证了夹带的尘和石膏液滴的捕悉，可将最终的尘排放量控制在1mg/Nm3（标态干基6%氧）。
冷却凝结塔循环喷淋的低温凝结水溶液可促进净烟气中少量的SO2溶解，有助于降低出口冷凝烟气的SO2浓度，可作为保证SO2排放浓度的保障措施，使脱硫系统的脱硫效率和系统稳定性更高。
冷却塔内利用气液直接接触的高效换热，冷却循环液通过空冷器间壁气液换热，换热效率高，可有效保证和控制净烟气的降温凝结过程。空气与烟气直接冷凝换热过程中，换热系数仅46～57W/m2•℃；该工艺喷淋液与净烟气在湍流器作用下空间换热系数高达20000W/m3•℃以上；循环冷却液与空气在空冷器内的换热系数610～730W/m2•℃；从换热系数上可以看出本工艺的换热效率要高于常规的空气间壁直接冷凝。对于原烟气温度与设计温度发生较大变化时，本工艺可以采取的措施包括，调整喷淋量，调整运行温度，调整冷却空气流量等，来保证烟气冷凝水量的稳定；在极端条件下，还可以采用空冷器喷淋的方式强制降温，来保证冷凝烟气的稳定运行。
4、总结
褐煤发电机组烟气提水取水工艺在锡盟煤电基地的应用，证明了从褐煤中可以取出合格的电厂补给水，取水量大，效率高、投资少，技术可靠；为我国乃至世界富煤缺水地区解决了水资源匮乏的难题；标志着我国在褐煤资源的开发利用上取得了历史性的突破，为高水分褐煤的利用开辟了一条崭新的道路，是人类文明的又一大进步。
参考文献：
1. 蒋汉文《热工学》（第二版）高等教育出版社 1994年6月
2. 严家騄 《工程热力学》中国电力出版社 2004年6月
论文作者:牟春鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/6
标签：烟气论文; 吸收塔论文; 褐煤论文; 换热论文; 换热器论文; 温度论文; 提水论文; 《电力设备》2017年第23期论文;