脫白是指煙囪排放出的飽和濕煙氣與環(huán)境較低的環(huán)境空氣接觸時,在煙氣降溫過程中,煙氣中所含水蒸汽過飽和凝結(jié),凝結(jié)水滴對光線產(chǎn)生折射、散射,從而使煙羽呈現(xiàn)出白色或者灰色,稱其為濕煙氣,俗稱大白煙。
為什么要脫白?第一是解決視覺污染,減少對飛行、公路運輸?shù)挠绊?;第二有利于除霧霾;第三是節(jié)水; 第四是廢水處理利用。
1
除霧霾
煙氣中水蒸氣的密度是0.804kg/m3,比空氣輕,離開煙囪后很容易上升,與環(huán)境低溫空氣混合降溫后,水蒸氣飽和冷凝為水滴,水滴的密度是1000kg/m3,顆粒極細、密度遠比空氣大的水滴在大氣層中懸浮累積形成霧,濃霧影響飛行、高速公路交通,通過風、雨、雪可以刮走或凝結(jié)降落,遇靜穩(wěn)天氣,濃霧就像一個大蓋子,本身就有溶解性顆粒物析出,還吸收其他污染源顆粒物、阻隔其擴散,在霧層中累積,就形成了霧霾,這就是我國頻繁出現(xiàn)霧霾的成因和過程。以除濕為基礎(chǔ)的煙氣脫白可以去霧霾,減少大霧天氣,特別重要的是可以協(xié)同、低成本實現(xiàn)粉塵、二氧化硫、氮氧化物、重金屬、有機污染成分的達標和超低近零排放,使環(huán)保由純投入轉(zhuǎn)變?yōu)橛行б妗?/span>
2
節(jié)水
基于以下方法可以估算出,我國每年人為排放到大氣中的水分超過160億噸。
1)煤電、熱電行業(yè):每燃燒1噸標煤,濕煙氣帶走水分1噸、循環(huán)水冷卻塔排水5噸,煤電、熱電行業(yè)每年排到大氣中的水分超過120億噸。
2)鋼鐵行業(yè):每生產(chǎn)1噸鋼,放散1.5噸水分,全行業(yè)每年排放水分約15億噸。
3)煤焦化行業(yè):每濕熄1噸焦炭,排放0.5噸水分,焦爐煙道氣濕法脫硫、干法脫硫都排放水分,合計煤焦化行業(yè)每年向大氣排放水分超過2億噸。
4)天然氣燃燒:每燃燒1立方米天然氣,會產(chǎn)生2立方米、1.55千克水蒸 氣,全國每年排放超過3億噸水分。
此外,還有水泥、建材、有色金屬、石油化工等行業(yè)。
人為排放到大氣160億噸的水分,與大自然的水循環(huán)量相比,確是小數(shù)目,但這是在大自然正常循環(huán)基礎(chǔ)上增加的。我國水資源分布不均衡,部分地區(qū)水資源的可利用量制約著企業(yè)的生產(chǎn)制造和當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。采用以除濕為基礎(chǔ)的煙氣消白,假設(shè)回收濕法脫硫附加排汽的70-80%,全國每年可以回收相當于100多億噸水,可用于民用及生產(chǎn),具有相當顯著的節(jié)水效益。
3
廢水處理利用
濕法脫硫廢水、焦化廢水、綜合污水處理產(chǎn)生的濃鹽水都是難處理、投資處理成本均高的廢水,采用膜處理為主的常規(guī)處理方法難以做到“零排放”或難以低成本“零排放”,采用煙氣脫白后,阻隔了煙氣中污染物從水中向大氣中的轉(zhuǎn)移,利用煙道氣余熱和殘氧熱解熱氧化、無害化消解廢水中COD有機成分、吸收稀釋氨氮,用噴霧蒸發(fā)濃縮、干燥去除溶解鹽,可以大幅度減少廢水處理投資,特別是降低處理成本。
綜上所述,煙氣脫白是實現(xiàn)超低排放、節(jié)約能源、除霧霾、節(jié)水、處理利用廢水的有效手段。
如何脫白?先看一下這個圖,圖中曲線代表飽和濕空氣隨溫度變化的曲線。假設(shè)C點為周圍環(huán)境空氣參數(shù),A點為煙囪出口煙氣參數(shù),煙氣剛排出煙囪時處于未飽和狀態(tài),隨著空氣的混入及煙氣與空氣進行換熱,煙氣參數(shù)沿著AB線變化直至達到狀態(tài)C。煙氣由未飽和狀態(tài)A到達B點的飽和狀態(tài)是不存在大白煙的,B點到C點的過程中部分是在飽和曲線的左側(cè),是氣態(tài)水發(fā)生相變凝結(jié)變成液態(tài)水,形成煙羽。實際上不會沿著B點到C點的直線走,形成煙羽煙氣繼續(xù)沿著BDE曲線變化,過量的水蒸氣則凝結(jié)為霧滴即白色煙羽,也就是直線AC與曲線BDE形成的陰影部分范圍。
怎樣實現(xiàn)脫白?由上圖可知,就是要求煙氣與空氣混合溫度—濕度變化曲線與飽和曲線不發(fā)生交集,甚至遠離飽和曲線。我們可以認定這種設(shè)定環(huán)境條件下基本實現(xiàn)了煙氣脫白,這就是煙氣脫白的原理。
白色煙羽排放特征
通常情況下白色煙羽嚴重程度:冬季>秋季≈春季>夏季。冬季由于環(huán)境溫度相對較低,更容易出現(xiàn)濕煙羽,夏天由于溫度高,出現(xiàn)濕煙羽的幾率大幅降低。
煙氣減白煙技術(shù)路線
減少白煙現(xiàn)象的出現(xiàn)一般有三種解決方法:
1
煙氣冷凝,降低煙氣溫度,將冷凝后的水分提出,既減少了排煙水分又縮小了煙氣與周邊環(huán)境空氣溫差,煙氣變化曲線與飽和曲線不相交或相交段減少,此法可減輕或徹底消除冒白煙現(xiàn)象;
2
煙氣加熱,提升煙氣溫度,使得煙囪出口煙氣參數(shù)遠離飽和曲線;
3
先冷凝再加熱,既可減少排煙水分又可使得煙囪出口煙氣參數(shù)遠離飽和曲線。
1分析方案
假設(shè)脫硫塔出口煙氣為B點,環(huán)境空氣為C點。首先將煙氣由B點冷凝至F(50℃)點,隨著溫度的降低煙氣中水蒸氣部分冷凝為液態(tài)水,煙氣與空氣混合變化曲線為FDEC,消除大部分白色煙羽現(xiàn)象。為了提高煙氣抬升力,并且保證遠離飽和曲線,把煙氣加熱到H(90℃),煙氣中的水分含量不變,溫度提高,此時,煙氣混合空氣的曲線(近直線)變化為HC,不與飽和曲線有交集。HC的延長線與Y軸相交的溫度為6.8℃左右,也就是說環(huán)境溫度不低于該溫度時候,達到了消除“冒白煙”現(xiàn)象。
2 分析方案
首先將煙氣由B點冷凝至D(45℃)點,隨著溫度的降低煙氣中水蒸氣部分冷凝為液態(tài)水,煙氣與空氣混合變化曲線為DEC,幾乎消除白色煙羽現(xiàn)象。為了提高煙氣抬升力,并且保證遠離飽和曲線,把煙氣加熱到I(85℃),煙氣中的水分含量不變,溫度提高,此時,煙氣混合空氣的曲線(近直線)變化為IC,不與飽和曲線有交集。IC的延長線與Y軸相交的溫度為5℃左右,也就是說環(huán)境溫度不低于該溫度時候,達到了消除“冒白煙”現(xiàn)象。
3 分析方案
首先將煙氣由B點冷凝至D(45℃)點,隨著溫度的降低煙氣中水蒸氣部分冷凝為液態(tài)水,煙氣與空氣混合變化曲線為DEC,幾乎消除白色煙羽現(xiàn)象。為了提高煙氣抬升力,并且保證遠離飽和曲線,把煙氣加熱到J(115℃),煙氣中的水分含量不變,溫度提高,此時,煙氣混合空氣的曲線(近直線)變化為JC,不與飽和曲線有交集。JC的延長線與Y軸相交的溫度為0℃左右,也就是說環(huán)境溫度不低于該溫度時候,達到了消除“冒白煙”現(xiàn)象。
結(jié)論
從上面3個方案分析的結(jié)果來看,每個方案在一定的條件下都能達到消除“冒白煙”的目的,但是所采用的方案與煙氣冷凝器和再熱器的成本有著很大關(guān)聯(lián),并且所采用的方案被外部環(huán)境溫度影響的程度都有不同。因此,環(huán)境溫度越低,要求看不到白煙所需冷凝溫度越低,再熱溫度越高。
煙氣脫白工藝路線
不同地區(qū)氣候條件、政策要求都不一樣,脫白要求的冷凝溫度、再熱溫度以及產(chǎn)生的能耗是不一樣,因此可以根據(jù)實際條件及政策要求采取不同的脫白工藝,目前廣泛采用的脫白技術(shù)路線有以下幾種:
1
MGGH+冷凝
2
GGH
3
冷凝+SGH
4
漿液冷卻+SGH
捷瑪公司自行設(shè)計研發(fā)的MGGH系統(tǒng)綜合應(yīng)用煙氣余熱回收設(shè)備已廣泛應(yīng)用于新疆、內(nèi)蒙等各地的大型鋼鐵企業(yè):
①通過熱回收器回收出口煙氣余熱,使除塵器入口溫度由120~150℃降低至90~100℃。煙溫的降低促使粉塵比電阻(每平方厘米面積上、沿高度方向上一厘米粉塵的電阻值,稱之為粉塵的比電阻)相應(yīng)降低,進而大幅提高除塵效率,并有效脫除煙氣中絕大部分的SO3,滿足低排放要求,節(jié)省濕法脫硫工藝耗水量,減少煙囪水汽的排放。
②熱回收器回收的熱量由熱媒體運輸至煙氣再加熱器,將脫硫出口煙氣溫度由約50℃升高到80℃左右,從而避免煙囪降落液滴,減輕煙囪腐蝕,提高煙氣排放抬升高度,消除“煙羽”視覺污染。