王刚，马凌波
新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 新疆乌鲁木齐 830011
摘要：随着可再生能源的日益减少，能源的重要性得到了越来越多的重视。我国的能源储备格局为“富煤，贫油，少气”，这决定了我国在较长时间内以煤为主的能源格局。而环境形势日益下行，节能减排也是我们不得不面对的问题。我国水资源较为医乏，且水资源分布不均衡，供水问题对新建和现有发电厂的重要性日益增加，因此工业用水成本日益提高。电力行业是用水大户，火电用水总量占工业用水总量的40.4%，燃煤电站节水刻不容缓。
关键词：大型燃煤电厂；锅炉烟气水回收
引言
大型燃煤电厂锅炉烟气水分回收是近年来研究的热点。燃煤电站大多采用湿法脱硫技术，而烟气经过湿法脱硫后仍含有大量的水分，水蒸气体积分数在12-16%左右，仍有较大的可回收性。
1.电厂锅炉烟气水回收概述
煤炭燃烧后会产生一些不利于环境的烟气产物，主要为水蒸气，二氧化碳，氮气和硫化物，其中水蒸气的含量占烟气总量的5%-11 %。火电厂烟气中含有大量的低品位余热资源和水蒸气。火电厂一般使用湿法脱硫方法进行脱硫，该系统的出口烟气一般为饱和状态，其出口烟气温度范围在50-550C，烟气中水蒸气占比12%-18%。电厂系统中排烟温度较低时，会发生低温腐蚀现象，影响设备的长期使用，而排烟温度较高时，又会增加锅炉的排烟损失，进而影响锅炉的效率，使效率降低。如果在脱硫吸收塔出口烟道加装换热、收水装置，即可实现烟气的高效节水余热回收，节能效果明显。
我国高速发展的同时也在不断的消耗煤炭资源的储备，近年来我国的优质煤资源储量日益下降，褐煤的利用率不断增加。目前我国己探明的褐煤储量占全国煤炭资源的13%，褐煤储量可达13 03亿吨。而褐煤燃烧产生的烟气中的水蒸气含量可高达16%，烟气内含有较高的水蒸气含量。燃煤电站每年消耗巨额水资源和煤炭资源，燃煤电站是节能降耗的重中之重。我国在电力发展规划中明确提出了必须在研究烟气污染控制技术的同时对节水技术有所研究，使其适用于水资源不充足的地区。此外，工业用水的成本逐步提高，燃煤电厂有相当大的节水减排压力。我国大部分的新建机组选址在西北地区，西北地区水资源不够丰富，发展节水技术迫在眉睫。
2.大型燃煤电厂锅炉烟气水分回收方案研究
2.1冷却冷凝技术
冷却冷凝技术回收烟气水分从换热方式上可以分为两种:第一种采用的是间壁式换热器，经脱硫塔排出的烟气与冷却水不直接接触，两者在换热器中的管道表面进行热交换，烟气中的水蒸气在管道表面凝结，换热器底部设置集水装置收集凝结水;第二种采用的是直接接触式，脱硫后烟气进入喷淋塔，喷淋塔中冷却水直接喷淋在烟气中与烟气混合，在此过程中烟气中的水蒸气凝结并混入冷却水中。间壁式换热器换热效率一般，但是得到冷凝水的水质较为稳定，对冷凝水进行再处理也较为方便，处理成本更加低廉。直接接触式虽然回收水分效果比较好，但是一般烟气中杂质较多，在除水过程中会混入冷却水中，得到的混合液还需进行多次处理以达到再次利用的要求。
使用冷凝式热交换器从煤电厂的煤气中回收水蒸气，并进行了中试规模的传热试验，以确定烟气的湿度，换热器设计和操作条件与水蒸气冷凝速率之间的关系。建立了理论传热传质模型，用于预测传热速率和水的冷凝速率，并与中试规模的测量结果进行了比较分析，以估计从烟气中回收的水分，以及通过从烟气中回收显热和潜热可以改善热量的程度。
2.2膜分离技术
膜分离技术烟气水分回收装置通常设置在在脱硫塔后，高分子膜组件的渗透压主要来源于空冷器所造成的真空，这样经过空冷器后得到的冷凝水可再次回收利用。高分子膜的材料主要分为有机材料和无机材料两种，有机材料主要包括聚酿胺类、纤维素类等;无机材料主要包括金属、多孔玻璃、陶瓷等。膜分离技术是一种节能技术，该技术无相变发生且有广泛的适用范围，常温下可正常操作，且操作相对较为简单等优点，膜分离技术对多个领域发展都有较大的促进作用。通过研究发现，不同的高分子膜的结构、特性不同，其可以应用的领域也不同。
近年来，研究人员致力于开发新的高分子膜材料，并不断地更新膜组件的制备工艺。在膜材料开发中，PEEK材料崭露头角，具有较高的水蒸气穿透性，可以应用在烟气水分回收实验中。采用有SPEEK材料的复合中空纤维膜对烟气进行水分回收，验证了SPEEK材料可以很好的回收烟气中含有的水蒸气，具有良好的水蒸气选择透过性，而且利用该材料得到的冷凝水水质优良，可二次利用。研究了亲水性纳米陶瓷膜，陶瓷膜材料具有优良的水蒸气选择透过性，应用在烟气水分回收中可以对烟气中的水分及余热有效回收。通过实验验证了纳米陶瓷膜的优良性能，回收得到的冷凝水质量较好，有良好的应用前景。
膜分离技术具有较多优点，可以避免腐蚀，结垢，运行费用高等问题，且该技术系统简单，具有较好的应用前景，但是该技术若要应用在烟气水分回收中，还需对烟气的成分进行研究，对膜材料的适用性进行探索且要对该技术的长期应用进行研究。目前国内的技术还需要进一步完善研究，膜分离技术应用在烟气水分回收中的稳定性以及适应性，还需要深入研究。
2.3液体吸收技术
液体吸收技术主要基于蒸汽压差，通过蒸气压差来使烟气中所含的水蒸气向溶液迁移，同时在这个过程中完成汽化潜热的释放。液体吸收技术一般采用具有吸湿性能较强的溶液作为吸收剂，比如嗅化理，氯化理，氯化钙等物质的水溶液，吸收剂与烟气直接接触可以从烟气中吸收水分，即为除湿过程。因为吸收剂的蒸汽压比烟气中的水蒸气分压低得多，与冷凝法回收烟气水分相比，液体吸收技术能回收更多的水蒸气。
在空调领域，液体吸收技术涉及的吸收剂的物理性质及吸收剂的选择，装置结构等研究较为完善，液体吸收技术装置及设备己经可以实现量产。近年来，研究人员逐步使用该技术来研究烟气水分回收的问题。通过实验对液体吸收技术回收烟气中水分进行了研究，对不同种类吸收剂的烟气水分回收性能进行了对比，并使用氯化钙溶液在不同的烟气条件下进行了中试试验，研究了不同的烟气组分对液体吸收系统的影响，研究结果证明了液体吸收技术的可行性。对燃气轮机产生的烟气分别使用氯化钙溶液喷淋与冷却水喷淋，对比了其中回收烟气水分的区别，实验证明达到相同的除湿量，冷却水所需水量为氯化钙溶液的5倍。通过实验研究了氯化钙溶液除湿技术，回收得到的冷凝水可以用于燃气轮机循环水平衡。设计了两种喷嘴，利用数值模拟对不同喷嘴的喷淋效果进行模拟，并对喷嘴的结构以及布置方式提出优化改进。
相比于冷凝法，液体吸收技术回收烟气中的水分及余热的潜力更大，且经过液体吸收技术除湿，湿烟气相对湿度降到不饱和状态，可有效的避免烟囱腐蚀和“白烟”现象，因此液体除湿技术具有一定优点。液体吸收技术不但能够有效地回收烟气余热与水分，而且同时还可以去除烟气中携带的杂质。但通过液体吸收技术得到的冷凝液成分较为复杂，需要考虑选取更为优良的防腐材料。
结语
燃煤电厂经过脱硫塔后排出烟气中仍含有大量水蒸气，通过合理的烟气水分回收装置，可以回收大量水分以及其汽化潜热，实现节水降耗。
参考文献
[1]龙辉，黄晶晶.“十三五”燃煤发电设计技术发展方向分析[J].发电技术，2018, 39(01): 13一17
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