炭黑生产脱硫烟气消除白色烟羽工艺技术探讨

苏吉春，毕志虎 (石家庄市新星化炭有限公司，河北 石家庄 050100)

关键字：炭黑生产、湿法脱硫、消除白色烟羽

1  前  言

随着国家环保政策的趋紧，地方政府的环保 工作压力传导，导致企业的环保运行压力与日俱 增，消除湿法脱硫出口烟气的白色烟羽逐渐提上 工作日程，我公司近期完成了脱硫塔出口烟气消 除白色烟羽的技术改造工作，本文就炭黑生产湿 法脱硫烟气消除白色烟羽的工艺技术的选择、应 用进行探讨，抛砖引玉。请各位同行、专家斧正。 在这里特别感谢北京国能中电李永旺博士提供的 消除白色烟羽计算图表。

2  炭黑生产白色烟羽的生成及特点

广义上白色烟羽的形成是排出的饱和湿烟气 与温度较低的环境空气接触，在烟气降温过程中， 烟气中所含水蒸气过饱和凝结，凝结水滴对光线 产生折射、散射，从而呈现出白色湿烟羽。

湿法脱硫的排出口烟气处于湿饱和状态，温度 越高含湿量越大(表1)，在空气中扩散越困难，形 成的白色烟羽拖尾越长(图1)，烟囱周围空气相对 湿度越大湿烟羽中水分难以及时散开(图2)，环境 温度越低，白色烟羽长度呈指数关系增加(图3)。

炭黑生产排放烟气由两部分组成，一是湿法 造粒炭黑干燥产生的干燥废气，约占总烟气量的 30%;另外一部分为尾气余热发电锅炉炭黑尾气燃 烧废气，占总烟气量的70%。炭黑尾气的含湿量一 般为 40% 左右，尾气余热锅炉的排气含湿量约为 20%~25%，温度则为了降低低温预热器的腐蚀和 堵塞，一般控制在180℃左右。干燥废气的含湿量 则高达 55% 左右，温度则一般大于 200℃。

如果将干燥废气和余热锅炉的排气合并后进 入湿法脱硫塔，则脱硫排出气温度71~74℃，大气 压强97.6kpa时，烟气含湿量27.88%—32.88%，直 接排放会形成非常浓厚的白色烟羽，在冬季拖尾 长度可以达到 300 米左右。

　　3  消除白色烟羽工艺及计算结果分析

消除白色烟羽就是采用相关技术手段，调整 烟囱排放气体的特征，使得排放气体从进入大气 开始扩散降低温度，直到完全和环境温度一致的 过程中，始终处于湿度饱和线以外。

常用的工艺有直接加热法(GGH)、冷凝+加 热(MGGH)、冷凝 + 掺混等 通过对几种常用的消白工艺理解，针对炭黑 生产的特点，分析结果如下：

　　3.1  消白前烟气基础参数

3.2  采用直接加热法工艺的计算结果

采用直接加热的工艺方式(图 4)，需要将烟 气升温500℃，可以做到消除白色烟羽，完成这个 方案的代价太大了，直接否定。

　　3.3  采用水冷凝 + 加热工艺的计算结果

该方案采用水冷将烟气降温再加热排放(图5)， 需要将烟气温度冷凝到45℃，回收冷凝水53.16吨 /小时，随后将烟气加热到148℃，可以做到完全消 除白色烟羽。

实现这个方案，首先需要解决烟气冷凝释放 的热量约38MW，由于热量品味比较低几乎没有利 用价值，所以只能使用冷却循环水来解决，计算得 出温差 7℃的循环水量需要将近 5000m3 /h。

然后是加热烟气需要的热量大约为 6.3MW， 加热温度到145℃，这个可以在脱硫塔进口烟气管 线加装换热器解决，但是必须考虑腐蚀问题。

3.4  采用风冷 + 掺混工艺的计算结果

这个方案采用空气作为冷媒给脱硫出口烟气 降温，同时得到热空气作为掺混的风源(图 6)， 将脱硫出口烟气降温 10℃，回收冷凝水 30.45 吨 / 小时，掺混入103*104 Nm3 /h的50℃热风，可以达到 消除白色烟羽的效果。

实现这个方案的关键是将烟气降温 10℃，同 时加热合适量的空气到50℃，气/气换热的效率太 低了，同时掺混还必须在 CEMS 检测后进行。图6

4  实施工艺路线的选择

通过上文的计算结果分析结合炭黑生产的特点，我们对冷凝+加热和冷凝+掺混的工艺方案进 行了重点比较。

4.1  冷凝 + 加热工艺的优缺点

优点：a 换热器采用循环水作为冷媒，换热效 率比较高，设备体积小，投资较低。b回收的冷凝 水较多，可以综合利用。

缺点：a需要的循环水量大，循环泵、贮水池、 机冷塔占地面积大，运行费用较高且冬季还会有 大量的白色水汽，等于是将白色烟羽由烟囱转移 到了地面。b加热烟气需要的和脱硫塔进口的烟气 进行换热，由于温差较大，材料选择需要考虑防腐 性能，换热效率还偏低，设备投资较高，后期维护 量较大。

　　4.2  冷凝 + 掺混工艺的优缺点

优点：a 工艺设备简单，只需要一台换热器即 可，处理比较彻底，没有二次污染。b运行中可以 根据天气的变化，灵活调整冷却空气流量，达到消 除白色烟羽的效果。c 对换热器的防腐蚀要求较 低。d 回收的冷凝水较多，可以综合利用。

缺点：a 冷凝换热器换热效率低，设备体积较 大，投资较高。b 运行中空气相对湿度大于 80% 时，可能看到少量白色烟羽。

综上所述，我们选择了冷凝+掺混的工艺路线 并组织了实施。

　　5  消除白色烟羽工艺实施效果

5.1 消除白色烟羽冬季实际运行(图7)，实际运 行效果达到预定的要求，并且效果较好。

5.2  消除白色烟羽设备投运前后对比

　　5.3  回收冷凝水水质分析

回收冷凝水完全可以满足炭黑急冷水的使用 要求。

6  结束语

通过实际试运行，冷凝+掺混的工艺完全可以 满足现阶段炭黑生产脱硫烟气消除白色烟羽的要 求，实际运行中可以根据天气的情况灵活调整冷 凝风机的转速，对消除白色烟羽的效果进行修正， 回收的冷凝水直接用于炭黑生产的急冷水。