1. 概况

         现某热电厂有2*220t/h、5*130t/h、3*75t/h等10台燃煤循环床锅炉，已经完成了超低排放改造。2台220t/h锅炉各有1个脱硫塔和1台电除雾器，通过同一根烟囱排放。5台130t/h锅炉则是2个脱硫塔和2台电除雾器，通过同一根烟囱排放。3台75t/h锅炉共用1个脱硫塔和1台电除雾器，以及1根烟囱。该厂的脱硫塔和电除雾器是一体式装置，电除雾器位于脱硫塔顶部。为响应政府号召，该厂拟通过提升烟气温度，消除烟囱的白羽，消除视觉污染。

该厂有0.9MPa250℃的蒸汽可供使用。连排水通过扩容器，闪蒸汽已经并入了热网，剩余0.9MPa的连排水还未利用。由于湿烟气的升温需要消耗大量蒸汽，运行成本很高，因此，该厂要求提供最优化方案，通过利用130℃的烟气余热和其它余热，抵消烟气升温所消耗的能源，而且不能改造引风机。

本烟气消白方案针对220t/h的锅炉。

2. 基本设计条件

220t/h锅炉的烟气参数如下（估测）：

                                                      连排水参数：

220t/h循环床锅炉的连排水压力为9.81Mpa，流量约为2.5%，大约5.5t/h。连排水扩容到0.9Mpa，使闪蒸汽接入热网而得到利用，剩余的饱和水没有利用。

 除盐水参数：

220t/h锅炉的除盐水量与蒸发量相近，按220t/h计算，温度为常温20℃.

3. 现场条件

无论是进口烟道还是出口烟道，长度都非常短，改造需明确布置方式。

4. 总体原则与技术路线

4.1 总体原则

1） 湿烟气温度加热到80℃，消除排烟视觉污染。

2） 尽量利用烟气余热和其它可利用的废热，使消白项目总体能量达到平衡。

3） 不改造引风机。

4.2 技术路线

本项目的技术路线是：以除盐水对脱硫前的烟气进行降温，回收部分余热；以蒸汽对电除雾器后的湿烟气进行升温，达到消除白烟的目的。回收的余热总能量要与加热所消耗的蒸汽能量相平衡，使系统运行能耗降至最低。

1）技术路线的论证

可采用烟气消白的技术路线有很多，有不增加能耗的MGGH方式，有单独蒸汽加热方式，有先冷凝除水后加热升温的方式，等等，但都不如本方案的技术路线合适。

★MGGH

对于MGGH方式，通过循环水吸收原烟气的余热，用于湿烟气的加热，也是非常节能的消白方案，但循环水的温度较低，与烟气的温差小，导致前后两个换热器的换热面积都比较大。尺寸较大的换热器不仅难以安装，还会较多地增大烟气阻力，通常会超出引风机的压头余量，需要改造引风机。因此MGGH方案不现实。

★单独蒸汽加热

对于单独蒸汽加热方式，即通过供热蒸汽直接对湿烟气进行加热。因为前段没有降温，蒸汽加热所要求的升温幅度会很大。这无疑大幅度增加了能耗，运行成本非常高，不经济，因此也是不可行的。

★冷凝除湿再加热

对于冷凝除湿再加热的消白方式，通常要采用热泵，即通过热泵的运行，将低温水在电除雾器前冷凝湿烟气，消除一定的含湿量，然后再用热泵的高温水加热，所需要的升温幅度较小。但要获得较大的温差，热泵的运行功率是比较大的，系统复杂，设备投资也大，因此经济性未必好。对于小的热电机组，脱硫塔与电除雾器往往是一体化的，也很难布置冷凝换热器。

本方案拟采用的除盐水冷却原烟气、蒸汽加热湿蒸汽的方案，有工程与经济性双重可行性。除盐水的温度是常温，如果原烟气的温度高于120℃，则烟气冷却器的温差很大，只需要少数几排换热管，就可以使原烟气温度降低20-30℃，所增加的烟气阻力比较小，还能够减少脱硫塔的水蒸发量，提高脱硫效率。如果连排水的余热没有完全利用，还可以增加一台连排水冷却器，回收更多的余热。通常烟气温度降低20℃，可使除盐水温度提高10℃，相应地减少了除氧器的蒸汽消耗量。而加热段以供热蒸汽对湿烟气进行加热，蒸汽的饱和温度一般高于170℃，与45-50℃的湿烟气存在很大的温差，因此蒸汽加热器的换热面积也很小，烟气阻力增加也很少。因此虽然有冷却与加热两段换热器，全流程烟气所增加的阻力通常可以控制在400Pa左右，只有引风机压头的5%左右，可以不改造引风机。由于前段有降温，后面的升温幅度就可以比较小，所消耗的蒸汽能量与所利用的烟气余热相当，理论上不增加能耗。因此，本方案设备小、阻力小、能量平衡等特点，非常适合烟气消白。

2）加热温度的选择

经验表明：将脱硫后的 45-55℃湿烟气加温到 70-80℃，可以消除白色烟羽。加热温度，与环境温度、环境湿度、脱硫出口湿烟气温度有关。

　　50℃的湿烟气、在 10℃的环境下、加热到 71.4℃;

　　50℃的湿烟气、在 5℃的环境下、加热到 86.2℃;

　　45℃的湿烟气、在 10℃的环境下、加热到 57.9℃;

　　55℃的湿烟气、在 10℃的环境下、加热到 87.9℃。

可见，在环境温度相同时，低温湿烟气只需要加热到较低的温度，就能消除白色烟羽。

从理论上来说，通过前段烟气冷却，脱硫后的湿烟气温度通常在48℃以下，加热到80℃可保证在冬季环境温度下，也看不见白色烟羽。因此，设计温度设定在80℃是能满足严格的环保要求的。当环境温度比较高时，排烟温度可能在70℃就能消白，这时只要降低蒸汽压力，就能控制加热温度，从而减少蒸汽消耗量。

3）材质的选择

用于酸性烟气的冷却和加热设备的材质是不多的，常用的有ND钢、2205双相不锈钢、氟塑料等寥寥数种。本方案采用SS2205不锈钢。

ND钢是一种耐硫酸露点腐蚀的特种钢，在烟气露点温度附近使用，具有良好的耐腐蚀性。有试验表明，ND钢的硫酸（70℃50%浓度）腐蚀速率，分别是20#钢的1/14，SS316L不锈钢的1/3、日本CRIR钢的1/1.8、考登钢的1/9。但ND钢的使用范围非常狭窄，适合中温（70℃以上）中高浓度（50%以上）硫酸的场合，对于稀硫酸，其耐腐蚀性能大打折扣。MGGH中的冷却段大量使用了ND钢。本方案中冷却器的管壁温度很低，低于水露点温度，硫酸的浓度也会较低，因此不能使用ND钢。

SS2205双相不锈钢是一种耐腐蚀性能非常好的不锈钢，强度是普通不锈钢的2倍，非常适合制作酸性环境的换热器。很多烟气消白项目采用了SS2205不锈钢为换热器。SS2205换热元件可以制作成翅片管，大大减小换热器的体积，在无粉尘无沾污的烟气环境下使用是较为理想的。目前烟气都已经达到了超净排放标准，特别是加装了电除雾器后，换热器被沾污的可能性大大降低了。

氟塑料主要是PTFE，即聚四氟乙烯，是最好的耐腐蚀材料，只能在150℃以下的温度使用。氟塑料换热器管内介质是液体，不适合蒸汽加热。以PTFE制作的烟气-水换热器，尺寸较小，阻力较低，重量很轻，不粘灰，不结垢，不腐蚀，因此特别适合制作MGGH。本方案中的烟气冷却器，也是可以用氟塑料制作的。但氟塑料的导热系数极低，只有0.2J/mK，因此管子很细，管壁很薄，管子的数量和回程很多，使得烟气阻力较大。

另一种结合氟塑料和不锈钢管的塑钢复合管，可以用蒸汽加热，具有氟塑料的耐腐蚀耐沾污特性。但由于聚四氟乙烯的热膨胀系数是不锈钢的10倍以上，很难保证在较大的温度范围内复合紧密，况且聚四氟乙烯还具有一定的蠕变特点，如果松脱，就会传热恶化。因此存在较大风险。

5. 系统的能量平衡计算

1） 原烟气的放热量

原烟气的推算流量为304500Nm/h，质量流量为110.13kg/s。从130℃冷却到98℃，平均比热为1.08kj/kgK。原烟气的放热量为：

Qr=m*Cp*(130-98)=110.13*1.08*(130-98)=3806KW

2）连排水的废热

220t/h锅炉如果连排量为2.5%，总连排水为5.5t/h。扩容到0.9MPa后，剩下的饱和水为3.74t/h。如果将0.9MPa的饱和水从180℃冷却到60℃，则可利用的余热为：

Qp=mΔh=3.74/3600*（763-252）=530KW

3）湿烟气的吸热量

原烟气为130℃时，湿烟气原本是50℃。原烟气降低32℃后，湿烟气温度大约为48℃，烟气的质量流量为110.43kg/h。湿烟气从48℃升温到80℃，平均比热为1.08kj/kgK。因此湿烟气的吸热量为：

Qs=m*Cp*Δt=110.43*1.07*(80-48)=3782KW

原烟气的放热量与湿烟气的吸热量几乎相等。

连排水的废热如果利用，则是净节能量。

6. 系统的水平衡计算

原烟气温度为130℃时，烟气质量流量为110.13kg/s，湿烟气质量流量为111.43kg/s，蒸发的水量为（111.43-110.13）*3600=4.68t/h。

原烟气温度为98℃时，烟气质量流量为110.13kg/s，湿烟气质量流量为110.43kg/s，蒸发的水量为（110.43-110.13）*3600=1.08t/h。

可见，蒸发水量减少了3.6t/h。亦即，从50℃降低到48℃，凝结了3.6t/h水。

7. 系统与设备布置

7.1  烟气消白系统

上图是烟气消白的系统图。如果烟气从130℃降低到98℃，220t/h的除盐水温度可以由20℃提升到35℃。湿烟气温度由50℃降低到48℃，然后又升温到80℃。所用蒸汽参数0.9MPa250℃，凝结水排入除氧器回收，蒸汽耗量为6285kg/h。

由于SS2205要求蒸汽温度低于250℃，如果高于此温度，就需要对蒸汽进行喷水降温。因此需要一台喷水减温装置，以除盐水进行减温。

7.2 设备布置

无论是烟气冷却器还是烟气加热器，尺寸都比较大，虽然本体厚度方向不到1米，但进出口喇叭接口长度较长，所以总长度有4米左右，需要比较长的烟道才能满足要求。某热电220t/h锅炉的烟道太短，常规布置换热器存在很大难度。

 1）烟气冷却器的布置
            对于烟气冷却器，可以布置在除尘器的出口处。具体的做法是：割除除尘器的出口喇叭接口，然后在除尘器出口端布置烟气冷却器，最后再把除尘器的喇叭口焊接上。这样布置可以省去换热器的进出口喇叭接口，除尘器只需增加1米长度即可，总的阻力增加很少。

2） 烟气加热器

 烟气加热器布置在脱硫塔电除雾器的出口烟道与烟囱入口之间。鉴于出口烟道太短，可以利用电除雾器的出口端，割除喇叭接口，在出口端布置烟气加热器，然后再重新安排烟道，如图所示。这样只是电除雾器出口端延长了1米，完全可以布置下。与烟气冷却器一样，阻力也是增加极少。

8. 换热器设计参数

9.  方案的可行性

本方案的换热器因为采用了翅片管，尺寸是各种换热器中最小的。与除尘器除雾器出口相结合的独特的布置方式，不仅解决了安装空间狭小的问题，还减小了阻力降，避免了引风机的改造。改造工程量相对最小。

系统的烟气冷却所节约的蒸汽，与烟气加热器所消耗的蒸汽热量相当，没有额外的能耗，因此运行费用也是最低的。如果利用0.9Mpa的连排水的余热，还可以节能。

因此，无论从技术上、工程施工上、还是从经济性来看，这个方案都是可行的，而且是最佳的选择。

10.  余热利用项目的经济性

余热利用项目包括烟气余热利用和连排水余热利用两个部分。

1） 烟气余热利用

利用除盐水对原烟气进行冷却，从130℃降低到98℃，可以获得3806KW热量的节能量，将除盐水提高15℃（35℃时焓值为148kj/kg）。如果用蒸汽加热来替代余热利用，假设蒸汽热量完全利用，也需要消耗0.9MPa250℃的蒸汽（焓值2943kj/kg）：

M=3806/（2943-148）*3600=4900kg/h

按每吨蒸汽130元，一年可用小时数5000小时计算，每年烟气余热利用的效益为：

￥=4.9*130*5000=3185000元

2） 连排水余热利用

某热电的连排水经过初步扩容后，闪蒸汽并入热网，得到了回收利用。但连排水在初步扩容后，还有饱和水为3.74t/h没有利用。如果将0.9MPa的饱和水从180℃冷却到60℃，则可利用的余热为530KW。如果用来加热连排水，可使220t/h的连排水温度提高2℃。如果用蒸汽加热来替代余热利用，假设蒸汽热量完全利用，也需要消耗0.9MPa250℃的蒸汽（焓值2943kj/kg）：

M=530/（2943-148）*3600=682kg/h

按每吨蒸汽130元，一年可用小时数5000小时计算，每年烟气余热利用的效益为：

￥=0.68*130*5000=442000元

由此可见，烟气余热利用和连排水余热利用，可以分别节约加热用蒸汽4.9t/h和0.68t/h，产生经济效益每年318.5万元和44.2万元。两项合计362.7万元。

11. 方案实施步骤

综上所述，烟气消白项目可以分两步走，先加装烟气冷却器和连排水冷却器，作为余热利用节能项目，减少除氧器的蒸汽消耗，减少脱硫塔内水的蒸发，获得良好的经济效益。当环保要求进一步严格时，相应政府号召，再加装烟气加热器，实现烟气消白。