摘要：京能（锡林郭勒）发电有限公司一期工程建设2×660MW超超临界空冷机组，属低热值高水份褐煤发电项目。为进一步降低燃煤电厂脱硫后烟气中的含湿量，有效回收烟气里的水分和余热，分析了湿烟气的热力特点和能量分布的形式，采用“塔内气液直接接触换热+空冷器换热”的二段式换热方法，按照低低温省煤器、脱硫洗手台和冷却凝结塔的技术工艺，实现烟气提水工艺。
关键词：褐煤发电；湿烟气；烟气提水
0 前言
京能（锡林郭勒）发电有限公司一期工程建设2×660MW超超临界空冷机组，属低热值高水份褐煤发电项目。褐煤燃烧后烟气含湿度较高，含有较多的水分，利用烟气里水分和潜热的耦合效应，有效的烟气除湿技术可同时回收水分和潜热，降低电厂水耗和排烟损失，并解决烟囱腐蚀和“白烟”现象。
1 湿法脱硫烟气提水工艺简介
在火电行业中，常规2×660MW等级燃煤火力发电厂年耗水量达181.5万吨，机组平均单位发电取水量为0.25m3/(MW▪h)，耗水指标为0.09m3/s•GW。褐煤燃烧后烟气含湿度较高，含有较多的水分，利用烟气里水分和潜热的耦合效应，有效的烟气除湿技术可同时回收水分和潜热，降低电厂水耗和排烟损失,并解决烟囱腐蚀和“白烟”现象。目前烟气除湿工艺主要采用：冷凝法、吸收法和膜法，介绍三种工艺的主要技术特点，为高效烟气除湿技术的研发提供参考。
1.1冷凝法
湿烟气冷凝除湿工艺具体可分为2类：第1类就是采用间壁式换热器，让烟气与冷却水通过换热器相互隔离，水蒸气在换热器表面凝结并将热量传递给冷却水，换热器底部设有回收装置收集凝结水，换热器可采用单级的或多级；第2类采用直接接触式，通过喷淋塔或填料塔等方式使烟气降温，水蒸气凝结并混入冷却水，烟气显热及水蒸气的潜热都进入冷却水。
冷凝法水回收率主要与冷却水量及水温相关,综合考虑防腐能力及成本，提出采用304ss作为换热器材质。湿法脱硫尾部净烟气为饱和烟气，烟气温度一般在50～55℃，其含水率与温度和环境压力相关，温度越高，含水率（体积比）越大；环境压力越小，含水率（体积比）越大。同样温度下环境压力低水蒸汽含量大，含量差异随温度的降低逐渐减少。
1.2吸收法
采用具有吸湿性能的溶液作为除湿剂,如溴化锂、氯化锂、氯化钙、三甘醇等物质的水溶液，与烟气直接接触实现水分的迁移，当吸湿溶液的水蒸气分压力低于烟气的水蒸气分压力时，烟气中的水分向溶液迁移，即为除湿过程，反之则为溶液的再生过程。溶液除湿工艺中涉及的溶液物性及溶液的选择、热质交换规律、除湿装置结构及流型的选择等研究已较多,溶液除湿装置及设备也已实现产业化生产。目前，部分学者逐步将该技术推广应用至烟气除湿的研究。有公司进行了除湿溶液回收烟气中水分的研究，该项目对比评估了不同除湿剂的性能，并采用氯化钙溶液分别在燃烧天然气及长焰煤的锅炉烟气中进行了中试试验，探究了烟气中各种污染物对溶液除湿系统的影响，分析了回收水的水质，研究结果验证了工艺可行性，回收水分水质较好。
1.3 膜法
膜法除湿近年来也得到越来越多的研究，其机理是利用膜两端的浓度差及膜的选择透过性，实现水蒸气与氮气、氧气等不凝气体的分离，然后采用冷凝的方式使水蒸汽液化。膜法具有很多突出的优点:除湿过程连续进行、无腐蚀问题、无需阀门切换、无运动部件、系统可靠性高、能耗小等。
2 烟气提水湿法脱硫零耗水技术的工艺流程
湿法脱硫零耗水技术的工艺流程如图1所示，原烟气经过低低温省煤器降温至90℃，进入脱硫吸收塔（SPC-3D技术）进行脱硫除尘净化，达到超低排放的饱和净烟气（温度～53℃）进入冷却凝结塔，经过湍流器层与喷淋下来的冷却循环水（温度～48℃）进行强烈的气液接触混合实现降温，降温后的净烟气与喷淋层的液滴继续接触，大部分细小的液滴被捕悉与喷淋液一起落下，其余的细小液滴在上部的除雾器层被捕悉，极少部分随48.5℃冷凝洁净烟气排放。
冷却循环水在冷却凝结塔内被加热至～48℃，同时将吸收塔出口净烟气中残留的少量SO2、SO3、尘和石膏液滴等进一步脱除。回收的循环水和烟气冷凝液经加药调整PH值后，由水泵送至空气冷却器冷却至40℃后，重新返回冷却凝结塔，而回收的凝结水溢流进入回收水罐内用于脱硫系统或其它用水点。
3 烟气提水与常规节水技术指标对比
烟气提水系统境采用“塔内气液直接接触换热+空冷器换热”的二段式换热方法，冷却凝结塔内采用“旋汇耦合器+逆向喷淋”技术，喷淋层的气液直接接触换热效果也能满足较高的换热系数，可以整个系统的投资成本。
烟气提水系统进一步进行混合式烟气提水技术工业化应用试验研究。经中试和试生产应用，提水能力达到了90吨/时目标，优良值达147吨/时，年均提水量达100万吨～110万吨，也就是每年少用自然水资源量达100～110万吨。机组取水量指标0.07 m3/(MW/h)，耗水指标为0.0252 m3/s•GW，较行业优值降低52%。（常规2×660MW等级燃煤火力发电厂年耗水量达181.5万吨等级，平均机组取水量指标为0.25 m3/(MW/h)，耗水指标0.09 m3/s•GW）。
4 结语
综上所述，烟气提水技术将促进缺水地区的烟气湿法脱硫工艺的应用范围，同时也为机组的发电用水提供了一部分水源，实现了低成本脱硫废水零排放对于西部、北部富煤缺水地区的经济建设与生态保护提供了有利的技术支撑。
5 参考文献
[1]郑燕云, 金可刚, 余绍华.冶炼烟气新型喷淋除湿脱白工艺探索[J].硫酸工业,2019(05):52-54.
[2]胡鑫,潘响明,李啸,等.湿法脱硫烟气“消白”工艺探索[J].化肥设计,2018,56(02):28-31+37.
论文作者:郭志文
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/2
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