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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 220 t/h 的 锅炉。

2.  基本设计 条件 220t/h锅炉 的烟气参数 如下（估测）： 烟气 参数表 项目 单位 电 除雾器出口 烟气 参数 脱硫塔进口 烟气参数 烟气 温度 ℃ 50 130 烟气 流量 Nm3/h 310000 304500 水蒸气 体积浓度 % 12.1 10.5 CO2体积 浓度 %     N2体积 浓度 %     O2体积 浓度 %     SO2浓度 M g/ Nm3     NOx浓度 Mg/Nm3     粉尘 浓度 M g/ N m3       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，SS316 L 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。 M GGH 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。 S S2205 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 0.2 J /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 304500N m/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： Q r =m*C p*(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 3.74 t/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=m Δ h=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* Δ t=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 11 1.43 kg/s， 蒸发的水量为（ 11 1.43-110.13 ） *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 11 0.43 kg/s， 蒸发的水量为（ 11 0.43-110.13 ） *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 项目 单位 烟气 冷却器 烟气 加热器 进口 烟气温度 ℃ 130 48 出口 烟气温度 ℃ 98 80 烟气流量 N m3/h 304500 305820 除盐水温升 ℃ / 蒸汽 耗量 K g/ h / 换热 量 KW 换热 面积 M2 烟气 阻力 P a 汽水 阻力 P a 换热 元件材质   2205 2205 换热 元件形式   螺旋 翅片管 螺旋 翅片管 壳体 材质   2205 换热器 模块数 个 换热器 模块尺寸 m 换热器 模块重量 t 换热器 总尺寸 m 换热器 总重量 t 注 ： 上述 数据 都 是估算值，准确数据需要产品设计  

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 380 6 KW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 3.74 t/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。  （如有侵权，请联系删除）