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烟气消白为烟囱再戴“口罩”

时间:2018-07-27 20:21:34  来源:  作者:

   在日益严格的环保排放要求下,越来越多的各类工业企业也越来越重视环保新技术。经过一系列各种各样的环保设施过滤后排出的白色烟雾,也被看做一个重工业企业环保是否合格的明显标志。“白烟水汽是强酸性的,且含有会产生雾霾的可溶性硫酸盐和一部分有毒物质,烟气消白就是要将白烟里的污染物进一步消除。”西安交通大学能动学院教授、项目带头人谭厚章在接受记者采访时表示。

  烟囱冒白烟 也要治理
  我省是能源重化工基地,拥有丰富的煤炭资源,焦化、钢铁、火电企业众多,生态环保治理的压力也非常大。尽管这样,我省依然下了大力气、大决心治理生态,各个重化工企业的烟囱也从黑色、黄色、蓝色等逐渐变成了白色。“但这些白色烟雾会给周边环境带来‘石膏雨’和‘有色烟羽’。”谭教授表示。
  “石膏雨”是指湿法烟气脱硫系统吸收塔出口净烟气,由于处于湿饱和状态,在流经烟道、烟囱排入大气的过程中因温度降低,烟气中部分气态水和污染物发生凝结,液体状态的浆液量增加,并在一定区域内有液滴飘落,沉积至地面干燥后呈白色石膏斑点的现象。
  “有色烟羽”是指烟气在烟囱口排入大气的过程中因温度降低,烟气中部分气态水和污染物发生凝结,在烟囱口形成雾状水汽,雾状水汽因天空背景色、天空光照、观察角度以及SO3和NH3气溶胶等物质成分的细微变化,形成白色、灰白色和蓝色等颜色的烟羽。
  “除了‘石膏雨’和‘有色烟羽’等不良现象,部分学者还认为雾霾出现的元凶是湿法脱硫后排放的高湿烟气以及排烟水分中溶解性颗粒物,即烟囱白烟。”谭教授表示,如果能有效解决湿法脱硫后烟气除湿消白的问题,则不仅可以减轻“白烟”这种视觉污染,解决“石膏雨”和“有色烟羽”等不良现象,而且还是治理大气雾霾污染的有效途径之一,同时起到回收烟气中的水分和余热的作用,兼顾解决环境与发展的矛盾。
  基于这一形势,上海、浙江、天津、河北、山西、山东等省份相继出台政策法规要求重点行业进行大气污染物深度治理,而焦化、钢铁和火电等重点行业首当其冲。我省于2017年4月12日出台的《山西省大气污染防治2017年行动计划》中,规定2017年10月底前省内4个传输通道城市火电行业的燃煤发电机组(含自备电厂),必须全部达到超低排放,否则停产。我省目前共有焦化企业147家,产能约15300万吨;钢铁行业仍在产的企业为25家,产能约4000万吨;火电企业294家,总装机容量约6404万千瓦。因此,仍有大量的企业需要进行大气污染物深度治理——烟气消白改造以满足政策法规要求。
 
  环保新技术 源自偶然
  谭教授的团队研发的“湿式相变冷凝+MGGH”烟气消白技术,源自于一项为了节约水资源的企业委托。
  “这项技术的研发是从2009年开始的。”谭教授学生、全程跟随研发烟气消白技术的熊英莹博士告诉记者,当时内蒙古华能北方上都电厂及华北电力设计院,联系到谭教授,希望能研发一种技术,降低湿法脱硫中水的消耗。“这个电厂是为北京提供电力,由于内蒙古缺水,使用湿法脱硫要消耗大量地下水资源,而用干法脱硫不仅建设成本是湿法脱硫的四五倍,还要配套建设一个化肥厂,投入太大。”熊博士表示,谭教授组建了团队,通过计算发现,一个600MW机组排烟中含水250吨/小时以上!完全有可能从烟气中取出湿法脱硫塔要消耗的80吨/小时水,因此谭教授大胆提出了“从烟气中取水”的新思路。在实验室里模拟搭建了一套湿法脱硫小试试验系统,研发湿法脱硫后烟气节水技术。经过3年多的系统研究,终于研发出了在实验室条件下,可回收90%凝出水的新技术和新结构。
  2012 年,谭教授团队在该600MW电厂搭建了烟气量5万立方米的中试试验系统,检验在工厂生产条件下该项技术的效果。经过将近一年的中试,确定可以回收70%—80%的烟道凝结水用于再生产,烟气温度降低5℃-8℃,就可实现该厂湿法脱硫零水耗。到此时,可以说此项技术已经成功。“在试验中我们注意到,收水装置底部沉淀有大量颗粒物,经过化验发现主要成分为各种可溶性盐类颗粒物。”难道此套设备还有除尘的效果?为了验证此猜想,2013年,团队在中试系统拆除前,对除尘效果进行试验,发现可以有效减少烟气中的SO3、重金属、PM级微细颗粒物等污染物含量。2013年底,研究团队在北京举办了科研成果评审会,该项技术被中国电机工程学会认定为“国际先进技术”。
  2013年对中国环保来说,是一个重要节点。在这年的2月,全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。雾霾,成了当时人们重点关注的环保名词。各个省也出台了更加严格的空气污染指标。“2014年,西安提出了工业锅炉颗粒物排放10mg/m3的标准,可当时能达到这个标准的技术很少,西安环保部门得知我们的技术后,便推荐市内企业使用。”熊博士告诉记者,当时共有三家工业企业上了4套设备,投入运营后,监测数据显示这三家企业全部达标。外省市的环保部门和企业得知消息后,也主动联系谭教授,商讨技术开发事宜。
  “当时,江苏省提出了超低排放的要求,国电南京环保研究院就多方面寻找有效的环保技术。在得知我们的技术成果后,便主动和我们联系,希望能共同研究,实现超低排放。”熊博士表示,当时选择了常州一个电厂,为一套660MW的机组做了超低环保改造。“这是全世界第一次在660MW机组全烟气量条件下实现烟气凝水,并在国际上首次实现了每降低烟气温度1℃,可回收10t/h以上水的工程示范。”该项目2014年年底完工,2015年初试验。此次试验不仅江苏省派出了检测团队,环保部也派出团队参与检测。结果令人振奋——空气污染物排放达到了1-2mg/ m3的超低排放标准。该项目作为环保项目典型,由国电南京环保院上报,2018年被中国电力协会评为科技进步一等奖。
  目前,此项技术已经被很多火电、化工、环保企业认可,纷纷表示希望能和谭教授开展合作,将此技术应用到更多的企业当中。
 
  烟气要消白技术已成
  “通过烟气消白进行大气污染物深度治理,其基本原理是先通过冷凝析出部分气态水和污染物,然后加热将饱和状态的烟气转化为不饱和状态的烟气。”谭教授表示,烟气消白主要包括了4个影响因素:环境温度:环境温度越低,治理难度越大;环境湿度:环境湿度越大,治理难度越大;烟气特性:电力、焦化、钢铁等原始排放烟气特性不一样,治理方案也要灵活运用;原始脱硫塔出口烟气温度:烟气温度越低,越容易治理。“目前,我们的科研团队已经将烟气消白技术,在多个火电、焦化和钢铁企业实现了烟气消白改造。”
  “这套技术简单来说,就是脱硫塔出口饱和湿烟气先进行降温冷凝,实现凝水、除湿、多污染物脱除,再通过MGGH升温实现烟气从饱和状态到不饱和状态,最后达到治理白烟的要求。”谭教授表示,这套技术的优点是可实现低温高湿条件下消白烟,性能可靠,降低烟气绝对湿度,实现多污染物联合脱除,凝水水质容易处理。缺点是造价较高,企业负担比较重。
  谭教授坦言,其他的技术路线如直接升温—烟气直接加热方式可以实现消白,能耗更高,但是不能降低烟气含湿量,未实现多污染物联合脱除;烟气加热+热空气混合技术也可以实现消白,降低烟气含湿量,不需要塔前取热来加热烟气,但只适合燃气锅炉等小机组应用,还需要核算烟囱的自拔力、引风机出力等。
  截至目前,谭教授带领的团队,已经在江苏、浙江、新疆等地的多个焦化、热电、钢铁企业运用了烟气消白技术。浙江最大国有企业浙江巨化公司的热电厂,在使用了该技术后,不仅回收了大量的凝水,并实现了超低排放达标,这说明该相变凝聚装置完全可取代湿式电除尘器,同时有效脱除SO3、汞、砷等污染物,相变凝聚器对粒径<1μm的细微颗粒脱除效果显著,验证了相变凝聚装置能显著脱除微细颗粒物PM2.5、PM1.0。新疆一330MW机组在除尘器后设有一套金属烟气冷却器,在脱硫塔后设计了一套烟气加热器,建立闭式水循环。增设循环水泵两台,一运一备,设置定压补水、加药装置一套。改造后,有效提高了净烟气的排放温度,减少烟气冷凝结露,提高烟气抬升力,促进烟气扩散,有效地消除“冒白烟”现象,解决“石膏雨”问题,改善周边环境质量。
  “使用烟气消白设备技术后,在满足超低排放的基础上实现了可溶性盐、Hg、Ba、Mn、Sr、Ti等重金属元素脱除总量的显著增加,能进一步实现火电厂、焦化厂和钢铁厂的深度减排,实现污染物的近零排放。”谭教授表示,在超低排放的背景下,湿式相变冷凝+MGGH的烟气消白技术路线可以实现低温高湿条件下消白烟,性能可靠。在降低烟气绝对湿度的同时,实现重金属和硫酸盐等多污染物的联合深度脱除,并且凝水水质除pH值低之外,其他指标都很优良,非常容易实现再回收处理,是消白烟、降湿度、多污染物脱除、实现近零排放的最佳方案,能给山西的焦化、钢铁和火电等行业带来极佳的社会效益和环境效益。
 
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