燃煤電廠白色煙羽治理有多種方案,以某300MW機(jī)組為例,進(jìn)行了系統(tǒng)的濕煙羽治理熱力計(jì)算,分析了主要影響因素,并作了經(jīng)濟(jì)性分析。熱力系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果顯示:在條件允許的情況下先降低脫硫前原煙氣溫度是一種有效降低凈煙氣溫度和濕度的方法;降低煙氣冷凝換熱器的循環(huán)冷卻水溫是減少換熱面積的最有效舉措;增大循環(huán)冷卻水量也是一種有效減小煙氣冷凝器換熱面積的方式。通過經(jīng)濟(jì)性分析發(fā)現(xiàn),設(shè)備折舊和耗電費(fèi)用在增加的生產(chǎn)成本中占比較大,機(jī)組利用小時數(shù)和水價是影響改造工程運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用的重要因素。對于常規(guī)機(jī)組而言,消白改造產(chǎn)生的單位發(fā)電成本增加值在2.5~4.5元/MW。

在濕法脫硫系統(tǒng)中，脫硫漿液和高溫?zé)煔庵苯咏佑|，漿液中水分吸熱汽化，使煙氣含濕量增加、露點(diǎn)溫度升高，大部分燃煤火電機(jī)組凈煙氣溫度在45~55℃。飽和濕煙氣直接從煙囪排放，當(dāng)外界溫度低于其露點(diǎn)溫度，大量水蒸氣凝結(jié)為小水滴，容易發(fā)生結(jié)露，由此產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)象。與濕式冷卻塔白煙不同，在產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)象的同時，濕煙氣還攜帶了氨逃逸產(chǎn)生的銨鹽、SO3氣溶膠、可溶性鹽及微細(xì)顆粒物等污染物，對霧霾的產(chǎn)生有一定的貢獻(xiàn)。2017年下半年以來，各地逐步出臺了“深度減排”的環(huán)保方案，要求對白色煙羽進(jìn)行治理，下文對不同治理工藝路線予以介紹和分析。

1、技術(shù)流派

煙氣“消白”的目的主要為：(1)消除或減輕視覺污染;(2)減排污染物;(3)回收脫硫凈煙氣中所含水分。

白煙治理可分為3種技術(shù)流派：(1)凈煙氣直接再熱;(2)冷凝除濕或其他除濕技術(shù);(3)冷凝-再熱。技術(shù)流派(1)只是減輕視覺污染，并沒有減少污染物排放總量;技術(shù)流派(2)對污染物略有減排，并回收了煙氣中水分，但減輕視覺污染效果有限;技術(shù)流派(3)效果兼顧了消除視覺污染和減排污染物的目的。

2、技術(shù)路線的選擇

在技術(shù)路線選擇上，需要綜合考慮地方政策、機(jī)組現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)性，宜一機(jī)一策，首先要根據(jù)地方政策確定機(jī)組的改造目標(biāo)，再根據(jù)機(jī)組具體邊界條件選擇合適的技術(shù)路線并確定主體改造內(nèi)容，最后根據(jù)主體改造內(nèi)容進(jìn)行工程改造配套。

2.1、改造邊界及方案

目前，上海、浙江、天津、河北、江蘇等地對白色煙羽的政策要求基本是：直接再熱，要求凈煙氣排放溫度75℃ 甚至80℃ 以上;如采用降溫冷凝方法，燃煤鍋爐4~10月(簡稱非供暖期)煙溫不高于48℃，煙氣水體積分?jǐn)?shù)(下稱含濕量) 不高于11%; 11月至次年3月( 簡稱供暖期)煙溫不高于45℃，含濕量不高于9.5%;鼓勵利用回收余熱或其他方式對煙氣再加熱。

以某300MW機(jī)組為例，對煙氣消白治理方案進(jìn)行分析。原煙氣條件和設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)如表1所示，除塵后煙氣除溫度和水蒸氣含量外，其他成分絕對量不再發(fā)生變化。再熱溫度與凈煙氣溫度和濕度等條件相關(guān)，煙氣冷卻器(用于冷卻脫硫原煙氣)與煙氣再熱器(用于加熱凈煙氣)組成WGGH， 為保證消白效果相近，作如下定義：(1)大WGGH為無煙氣冷凝器時，原煙氣降溫至110℃，回收熱量加熱脫硫后凈煙氣;(2)小WGGH為有煙氣冷凝器時，原煙氣降溫至120℃，回收熱量加熱冷凝后凈煙氣。

根據(jù)已出臺的地方政策，形成如下3種改造方案。

方案1：直接再熱，將原煙氣溫度從135℃降至110℃，脫硫凈煙氣溫度會相應(yīng)降至48 ℃，再熱器再將其加熱至72 ℃;

方案2：直接冷凝，冷凝器(冷卻脫硫凈煙氣，析出凝結(jié)水)將煙氣溫度直接降至47℃(非供暖期)或44℃(供暖期);

方案3：冷凝-再熱，原煙氣降至120℃，脫硫凈煙氣降至49℃，再將脫硫凈煙氣降至47℃(非供暖期)和44℃(供暖期)，然后將冷凝后凈煙氣加熱至63℃(非供暖期)和58℃(供暖期)。考慮到有煙氣冷凝時可以適當(dāng)降低凈煙氣升溫幅度，方案3兼顧了節(jié)能與環(huán)保的綜合效益，是一種較好的技術(shù)路線。

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2.2、熱力系統(tǒng)計(jì)算

考慮換熱溫差并兼顧低溫腐蝕，大WGGH熱媒水按水量300t/h、溫度70?105 ℃(“?”表示熱媒水循環(huán)時冷端和熱端溫度，下同)設(shè)計(jì)，小WGGH熱媒水按水量200t/h、溫度70?111℃ 設(shè)計(jì)，煙氣冷凝器冷卻循環(huán)水按水量3000 t/h、非供暖期入口水溫32℃、供暖期入口水溫20℃ 計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

從表2可以看出，煙氣直接再熱(WGGH)會以減少脫硫漿液蒸發(fā)的形式節(jié)水16.85t/h。冷凝后凈煙氣條件要求既定時，需要傳遞的熱量和節(jié)水量(包括減少脫硫漿液蒸發(fā)和煙氣冷卻冷凝析出水)是相同的。換熱器按供暖期和非供暖期核算面積取較大者計(jì)，煙氣直接再熱、直接冷凝和冷凝-再熱所需總換熱面積分別為：11700 m2、11760m2和18800m2。根據(jù)所處煙氣環(huán)境，冷凝器防腐要求最高(鈦管、氟塑料、2205雙相鋼等級)，加熱器次之(316L等級)，冷卻器最低(ND鋼等級)。換熱器造價與腐蝕要求成正比，相同防腐等級條件下適用的不同材質(zhì)所制造的換熱器總價是接近的，因此可以得出如下結(jié)論。

(1)方案1(直接再熱)因無防腐等級最高的煙氣冷凝器，造價通常最低，但再熱前凈煙氣的溫度和濕度不符合某些地方政策要求，且原煙氣余熱不足時還需要另設(shè)輔助熱源。

(2)方案3(冷凝-再熱)造價最高，消白效果和政策適應(yīng)性最好。

(3)如不要求進(jìn)行煙氣再熱，方案2 與方案3(應(yīng)含表2 中的A‘、B‘、C‘ 3部分)中A‘+B‘的效果相同，因冷卻器所用材質(zhì)單價明顯低于冷凝器，且其設(shè)置可以減少冷凝器的換熱面積(B‘>B)，2種方式造價接近甚至方案2價格更高，即在脫硫原煙氣溫度偏高時，直接冷凝不是一種經(jīng)濟(jì)合理的方案。煙氣冷卻器(即方案3中的A)回收的余熱在不需要加熱凈煙氣的條件下，可以通過加熱低壓加熱器系統(tǒng)凝結(jié)水或空氣預(yù)熱器前鍋爐給風(fēng)等的形式，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，以抵消部分系統(tǒng)運(yùn)行成本。

2.2.1 原煙氣的影響

對表1中的煙氣條件進(jìn)行計(jì)算以分析煙氣溫度對消白的影響，結(jié)果如表3所示。

原煙氣對煙氣消白的影響主要體現(xiàn)在煙氣含濕量和煙氣溫度上。煙氣含濕量的不同主要由燃煤煤質(zhì)決定，通常燃用水分含量高的褐煤，煙氣含濕量較高。煙煤含水量次之，無煙煤含水量最低。如果原煙氣含濕量相差2%，在鍋爐排煙溫度相同的條件下， 凈煙氣溫度將會相差3℃ 以上，對冷凝器換熱面積影響較大。

由表3可知，在原煙氣135℃、凈煙氣51.21℃條件下，隨著降溫幅度的增大，凈煙氣排放溫度也隨之降低，幅度近似原煙氣降溫幅度的1/10。在原煙氣降至110℃以下時，凈煙氣已經(jīng)符合某些地方非供暖期排放標(biāo)準(zhǔn)，但并不建議在非供暖期取消煙氣冷凝過程，煙氣冷凝過程對減排污染物有重要的作用。

2.2.2 冷卻水溫的影響

飽和濕煙氣的降溫過程伴隨著凝結(jié)水的析出和汽化潛熱的釋放，需要冷源帶走該部分熱量。冷源可以選擇海水、江河水或者水冷機(jī)組的循環(huán)冷卻水， 空冷機(jī)組則需要新建機(jī)力通風(fēng)冷卻塔或直接采用環(huán)境空氣， 即煙氣冷凝換熱的冷卻介質(zhì)為水或空氣。本文冷卻介質(zhì)為循環(huán)冷卻水，煙氣溫度從49℃降低至44℃左右，在水溫從15~35℃、水量3000t/h 的條件下，各冷卻水溫條件下的換熱面積如表4所示。從表4可見，換熱量接近時，冷卻水水溫對換熱面積影響較大。在條件允許的情況下，應(yīng)選取或者制取低溫冷卻水，如建造換熱能力較強(qiáng)的機(jī)力通風(fēng)冷卻塔。

2.2.3 冷卻水量的影響

煙氣溫度從49℃降低至44℃，在水溫20℃、水量2000~3000 t/h 的范圍內(nèi)，各冷卻水量條件下的換熱面積如表4 所示。 由表4 可見，對換熱面積而言，在換熱量接近時，冷卻水水量的影響比冷卻水水溫的影響要小。冷卻水進(jìn)出口溫差在7~10℃ 較為合理，過大的冷卻水量本身也會造成較大的循環(huán)冷卻水泵能耗。

2.3、主體設(shè)備改造

煙氣消白改造主體設(shè)備包括：煙氣冷卻器、煙氣冷凝器和煙氣降溫?fù)Q熱器。在選擇凈煙氣直接再熱路線時，需要先確定再熱熱源，通常為回收的鍋爐尾部煙氣余熱，即通常所見的WGGH，部分條件特殊的機(jī)組也可選擇蒸汽或空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)。煙氣冷卻器布置位置分除塵前和除塵后，通常根據(jù)煙氣硫分和溫度選擇材料，除塵前采用20G或者ND鋼，除塵前沒有布置空間需布置在除塵后的則選擇耐腐等級高的換熱器， 如氟塑料、搪瓷管等，該換熱器的造價變動較大。煙氣加熱器環(huán)境較好， 通常選擇316L+2205雙相鋼等，在布置空間有限時可選擇與冷凝器相同的材質(zhì)和截面尺寸，以減少變徑空間。

煙氣冷凝器處于腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境，需選擇2205雙相鋼、鈦管、改性PTFE(氟塑料)、PTH、氟塑鋼等耐腐蝕性強(qiáng)的換熱材質(zhì)，該換熱器成本變動較小。

2.4、配套設(shè)施改造

配套設(shè)備主要包括冷源系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、熱媒水系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)等以及相應(yīng)的土建、電氣、熱控等，這部分改造內(nèi)容因機(jī)組實(shí)際條件有一定的差別。

(1)冷源系統(tǒng)差別較大，如機(jī)組靠近江河或海，則直接采用開式冷卻方式，無論是冷卻水溫還是初投資就會有優(yōu)勢;如為空冷機(jī)組，則需要另設(shè)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔制造冷源;如為水冷機(jī)組，在涼水塔有裕量的條件下，可取涼水塔循環(huán)冷卻水作為煙氣冷凝的冷源。

(2)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和熱媒水系統(tǒng)主要包括水泵、管道及其附屬設(shè)施，當(dāng)機(jī)組容量和冷源相同時，相差不大。

(3)風(fēng)機(jī)改造與機(jī)組原風(fēng)機(jī)裕量有關(guān)，可選擇增容或更換，在有裕量而又不充足時，可調(diào)節(jié)各換熱器阻力降，避免風(fēng)機(jī)改造或減少改造量，以平衡投資。

(4)土建和電氣的改造成本與機(jī)組容量相關(guān)性較強(qiáng)，而電控增加的費(fèi)用則不會有較大浮動。

配套設(shè)施改造通常占總改造工程造價的50%~70%，與機(jī)組大小和具體方案相關(guān)，略有變動。

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3、經(jīng)濟(jì)性分析

經(jīng)濟(jì)性分析需綜合考慮初投資、運(yùn)行成本、預(yù)期發(fā)電量、成本電價、水價等，作為環(huán)保改造，經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在增加單位發(fā)電成本上。以某典型300MW機(jī)組為例，運(yùn)行小時數(shù)7000 h 或5000h，折舊年限15年，初投資3500萬元，煙氣系統(tǒng)阻力增加1000Pa，煙氣系統(tǒng)產(chǎn)生能耗500kW，水系統(tǒng)增加功耗250kW，節(jié)水量30t/h，工藝水價2.5元/t，經(jīng)濟(jì)性核算結(jié)果如表6所示。

按設(shè)定的條件，白色煙羽綜合治理改造工程會引起該機(jī)組在所給條件情況下單位成本增加3.04元/MW，其中折舊費(fèi)和耗電費(fèi)用占比較大。不同的機(jī)組在利用小時數(shù)或者水價上會存在較大偏差，若機(jī)組年利用小時數(shù)偏低至3500，則單位成本增加4.11元/MW(條件2)，或水價為5.0元/t時，則單位成本增加2.76元/MW(條件3)。不同機(jī)組利用小時數(shù)、成本電價和水價波動更大時，單位成本增加值也會變化，波動范圍約為2.50~4.50元/MW。

在機(jī)組確定時，各影響因素浮動較小，對初投資、利用小時數(shù)、成本電價、水價進(jìn)行了敏感性分析，結(jié)果如圖1 所示。從圖中可以看出，影響最大的仍為機(jī)組利用小時數(shù)，其次為工程靜態(tài)投資，成本電價和水價也有一定的影響。

4、結(jié)論

對煙羽治理工程的系統(tǒng)熱力計(jì)算和經(jīng)濟(jì)性分析表明：

(1)原煙氣條件和凈煙氣目標(biāo)既定時，需要傳遞的熱量和節(jié)水量是相同的;

(2)在有條件的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮對脫硫前原煙氣進(jìn)行降溫，以減輕煙氣冷卻冷凝的換熱面積，降低造價;

(3)煙氣冷卻冷凝的循環(huán)冷卻介質(zhì)溫度對冷凝效果影響最大， 冷卻介質(zhì)的量次之;

(4)煙羽治理改造初投資、運(yùn)行小時數(shù)、成本電價、水價對消白系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)成本有較大的影響，對于常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組，單位發(fā)電成本約增加2.5～4.5元/MW。