液体吸湿在电厂烟气消白中的应用

液体吸湿在电厂烟气消白中的应用

宁方哲

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司山东省济南市250102

摘要：“白烟”是电厂超低排放改造的附加产物，可以产生的石膏雨、雾霾和视觉污染等环境问题，其环保重要性日渐突出，目前常规的处理工艺工程投资高，占地面积大，控制复杂且耗能高，本文通过对湿烟羽的形成和消除机理进行分析，探索采用液体吸湿工艺进行烟气消白的途径，具有很好的应用前景。

关键词：电厂；湿烟羽；烟气消白；液体吸湿

1、引言

随着社会主义建设的快速发展和居民物质生活水平的不断提高，人民对生活质量和品质有了更高的要求，更舒适的居住条件、更优美的环境逐步变成人民对美好生活的基本向往，由于工业快速发展造成的环境污染问题，也日渐成为整个社会和人民的关注点。

2015年12月，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，提出了全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，大幅降低发电煤耗和污染排放的明确要求。2018年8月27日，国家能源局《关于印发2018年各省（区、市）煤电超低排放和节能改造目标任务的通知》指出，全国煤电的超低排放改造工作，要严格按照相关标准，中部地区力争在2018年前基本完成，西部地区在2020年完成。目前，全国中东部地区大部分电厂的超低排放改造业已完成，但湿法脱硫工艺造成的烟羽问题，也随之进入广大群众的关注视野。

当前，我国燃煤电厂90％以上的脱硫设施均采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，其中大部分未设置烟气再热器（GGH）。湿法脱硫出口的饱和湿烟气经烟囱排出后，与室外环境空气混合降温，烟气中的水蒸汽经过饱和凝结，会因天空景色，光线反射、折射和观察角度等原因发生颜色变化，使烟羽呈现出颜色（通常为白色、灰白色或蓝色），在烟囱尾部行成长长的尾迹，这就是“湿烟羽”，俗称“白烟”。湿烟羽的形成，一方面会对周围空气产生后续污染，产生石膏雨和气溶胶（进一步形成雾霾），同时形成视觉污染，削弱了公众对环境保护工作的“获得感”。

针对电厂普遍产生的白烟情况，国家有关部门、协会组织开展了多次研究讨论，上海、浙江、天津、河北、山西、山东等省份也相继出台了相关法规，要求采用烟气处理措施消除石膏雨和有色烟羽等现象，电厂烟气消白的重要性和紧迫性逐步提升。

2、湿烟羽形成机理

通常，采用湿法脱硫工艺处理后的烟气为45~55℃饱和湿烟气，其中含有大量水蒸汽，经烟囱排出后与环境空气（温度低于烟气温度）混合，烟气温度沿100%饱和湿度线降低，处于其中的水蒸气不断析出，凝结成液态小水滴，形成湿烟羽，如图所示。

图中的红色曲线为湿空气的饱和曲线，烟囱出口湿烟气状态点A，环境空气状态点B，烟囱排出的饱和湿烟气与环境空气混合，因空气状态过程线AB处于饱和相对湿度线以下，实际冷却过程会沿饱和湿度线进行，烟气中多余的水蒸汽将凝结成液态小水滴，形成湿烟羽。

3、烟气消白的主要技术手段

根据湿烟羽形成及消散的机理，目前常见的烟气消白措施主要有以下几种：

（1）烟气加热技术

烟气加热技术是通过对脱硫系统出口的饱和湿烟气进行加热，使其状态点远离饱和相对湿度线。加热后的烟气状态点与环境空气状态点的变化过程线整体升高。如图所示，经过加热后的空气状态点为A’，整个A’B变化过程与饱和相对湿度线不相交，因此不产生湿烟羽。

（2）烟气冷凝加热技术

烟气冷凝技术首先对脱硫系统出口的饱和湿烟气进行冷却，烟气沿饱和相对湿度线降温，水蒸气析出，含湿量大幅下降；再通过烟气加热技术，杜绝湿烟羽的产生。如图所示，烟气沿饱和相对湿度线冷凝至O点，再经加热至A”点，整个A”B变化过程与饱和相对湿度线不相交，不产生湿烟羽。

（3）烟气冷凝技术

烟气冷凝技术是对脱硫系统出口的饱和湿烟气进行冷却，烟气沿饱和相对湿度线降温，水蒸气析出，含湿量大幅下降，防止了湿烟羽的产生。如图所示，烟气沿饱和相对湿度线冷凝至A＇＇＇点，整个A＇＇＇B变化过程与饱和相对湿度线不相交，不产生湿烟羽

以上几种处理工艺的基本出发点都是通过烟气冷凝，使饱和湿烟气中的水蒸气冷凝析出，降低烟气的含湿量；通过提高排烟温度，降低烟气的相对湿度，使烟气的状态点尽可能的远离饱和相对湿度线或处于饱和相对湿度线的凸点，防止变化过程线与饱和相对湿度线相交，以避免湿烟羽的产生。同时，我们也应该看到，以上几种技术均需要外部能量的持续输入或内部能量的间接转移，设备的初始投资大，占地面积广，运行逻辑复杂且运行费用高，对电厂的整体效率有比较大的影响。

4、液体吸湿工艺的提出

那么，是否有一种经济性好且又成熟可靠的工艺系统来同时实现烟气的升温减湿呢？

根据湿空气的状态变化过程，要实现湿空气的升温减湿，必须保证系统的处理过程在A点的第二象限之内，即图中的9，10，11过程，其分别对应的处理工艺为：

9-除湿机；10-固体吸湿；11-液体吸湿；

考虑到发电厂巨大的烟气处理量，除湿量小、再生困难的的固定吸湿和除湿机工艺就不大适用了，而液体吸湿具有良好的再生性和减湿幅度大的优点，恰恰切合发电厂烟气处理的技术要求。

液体除湿过程，是依靠空气中水蒸气的分压力与除湿溶液表面的饱和蒸汽分压力之间的压力差为推动力而进行质传递的。由于空气中水蒸气的分压力大于溶液表面的饱和蒸汽分压力，所以，水蒸气由气相向液相传递。随着质传递过程的进行，空气的含湿量减少，水蒸气分压力相应减小；与此同时，溶液则因被稀释而表面的饱和蒸汽分压力相应增大。当压差等于零时，质传递过程达到平衡。这时，溶液己没有吸湿能力，必须进行再生（通过对溶液加热升温，使水分蒸发、浓度提升）；利用再生后的浓溶液，继续进行除湿。

空气处理过程中，常用的液体吸湿剂有氯化钙和氯化锂等。通过设置逆向喷淋塔，使液体稀释剂和烟气充分混合，减湿升温后的烟气排至烟囱，防止了湿烟羽的产生。吸湿后的稀溶液先经过高温换热器再生，之后通过换热器回收其中的的热能（可用于集中供暖等），最后返回喷淋塔再次进行吸湿过程。

液体吸湿系统中，除湿剂的再生并不需要很高的温度，可以利用太阳能、地热能、工业余热等低品位能源作为再生的热源，耗电极少。同时，再生系统后面设置换热器，可以将溶液中储存的热量进一步回收，承担部分的采暖负荷，有效的减少了采暖蒸汽耗量，提高了系统的经济性。

5、结语

本文通过对电厂湿烟羽的产生机理和常规处理工艺的研究，分析得出烟气减湿和升温是消除白烟的有效途径。同时利用空气处理中的液体吸湿工艺，将烟气减湿和升温过程合二为一，有效的减少的工艺复杂性和项目的整体投资，避免了冷凝减湿和再热的能量损耗，具有显著的节能环保效果和很好的应用前景。

参考文献

[1]火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规程，DL/T5035-2016

[2]实用供热空调设计手册（第二版）-陆耀庆主编