摘要：針對(duì)目前應(yīng)用的煙氣深度治理技術(shù)進(jìn)行了研究。分析了"煙羽"的形成原因及影響因素,給出了煙氣消白的技術(shù)路線(xiàn),方便各發(fā)電廠(chǎng)確定煙氣深度治理及"濕煙羽"治理技術(shù)路線(xiàn)。

1 前言

2017年以來(lái)，國(guó)內(nèi)多地發(fā)布地方標(biāo)準(zhǔn)和政策要求，對(duì)治理白色煙羽的具體指標(biāo)、完成時(shí)間等進(jìn)行了明確規(guī)定。如2017年6月6日《上海市燃煤電廠(chǎng)石膏雨和有色煙羽測(cè)試技術(shù)要求（試行）》發(fā)布，提出“有色煙羽污染是近年來(lái)上海地區(qū)關(guān)注的環(huán)境影響因子。測(cè)試有色煙羽適宜的環(huán)境條件：場(chǎng)地地面環(huán)境濕度低于60%，溫度高于17℃?！?；2017年8月28日浙江省《燃煤電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見(jiàn)稿）要求：“城區(qū)及環(huán)境空氣敏感區(qū)的燃煤電廠(chǎng)應(yīng)采取有效措施消除石膏雨飄落、白色煙羽現(xiàn)象”；2018年3月《唐山市2018年“十項(xiàng)重點(diǎn)工作”工作任務(wù)：生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作》 指出，“2018年完成17家燃煤電廠(chǎng)（含自備電廠(chǎng)、煤和其他能源混燒電廠(chǎng)）濕法脫硫煙氣“脫白”治理”。各地政府相繼出臺(tái)的消白煙政策，表明消除煙囪冒白煙已成為發(fā)電企業(yè)急需解決的問(wèn)題。

2 煙羽的形成

發(fā)電廠(chǎng)煙囪中排放出來(lái)的煙氣，外形呈羽毛狀，因而得名“煙羽”。 煙氣在煙囪口排入大氣的過(guò)程中因溫度降低，煙氣中部分氣態(tài)水和污染物會(huì)發(fā)生凝結(jié)，在煙囪口形成霧狀水汽，霧狀水汽會(huì)因天空背景色和光照、觀(guān)察角度以及SO3氣溶膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)等原因發(fā)生顏色的細(xì)微變化，形成“有色煙羽”。通常為白色、灰白色或淡藍(lán)色。

濕法脫硫的燃煤發(fā)電機(jī)組在取消GGH（煙氣再熱系統(tǒng)）后，煙囪排煙溫度在45℃～60℃，處于濕飽和狀態(tài)。脫硫除霧器不能有效去除煙氣中小于22μm的霧滴，而霧化后的石灰石漿液經(jīng)碰撞后會(huì)產(chǎn)生少量直徑在15μm左右的霧滴，因此，煙氣中不可避免地會(huì)攜帶石膏漿液。單純的白色/有色煙羽現(xiàn)象只是水汽凝結(jié)后形成的現(xiàn)象，對(duì)環(huán)境影響較小，相當(dāng)于冷卻塔出口的霧氣；有危害的是煙氣中攜帶的各種氣體以及氣體與水分及細(xì)微煙塵凝聚的氣溶膠。而與SO3形成的硫酸氣溶膠會(huì)在大氣中形成PM2.5，導(dǎo)致霧霾現(xiàn)象加重。如果形成“石膏雨”則會(huì)對(duì)周邊居民的生活及電廠(chǎng)的生產(chǎn)產(chǎn)生不良影響。

3 影響煙羽形態(tài)的因素

3.1 環(huán)境溫度

隨著環(huán)境溫度降低，煙羽的長(zhǎng)度呈指數(shù)關(guān)系增加，表明環(huán)境溫度越低，濕煙羽治理難度越大，如圖1。

3.2 環(huán)境相對(duì)濕度

在環(huán)境相對(duì)濕度較高時(shí)，濕煙羽中的水分難以及時(shí)擴(kuò)散，濕煙羽的長(zhǎng)度呈指數(shù)關(guān)系急劇增大，煙羽影響范圍增大，濕煙羽治理難度增大，如圖2。

4 消除煙羽的技術(shù)路線(xiàn)

高溫?zé)煔庠谶M(jìn)入吸收塔之前處于不飽和狀態(tài)。 進(jìn)入吸收塔后，煙氣與漿液除了在接觸過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外，還伴隨著混合傳熱過(guò)程，煙氣冷卻釋放熱量，將漿液中的水分蒸發(fā)成水蒸汽吸收熱量。隨著傳熱過(guò)程的繼續(xù)，煙氣中的水蒸汽含量增加，直到其在出口煙氣溫度達(dá)到接近飽和狀態(tài)。 因此，吸收塔入口處的煙氣溫度越高，釋放的熱量越多，并且由于漿料的熱吸收產(chǎn)生更多的水蒸汽。煙氣蒸發(fā)水量與入口煙氣量、出口煙溫和含濕量有直接關(guān)系。吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量的計(jì)算式如下:

在其他參數(shù)不變的情況下，蒸發(fā)水量與濕度成正比，濕度與出口溫度下飽和蒸氣壓成正比，與當(dāng)?shù)卮髿鈮汉臀账隹趦魺煔鈮毫χ统煞幢?，因?yàn)镻s值（0.5～2kPa）相對(duì)于Pa值（101.3kPa）較小，Ps對(duì)濕度的影響很小。此外，PH2O是影響蒸發(fā)水量的主要因素，與溫度有關(guān)，脫硫塔出口煙氣含濕量與溫度變化曲線(xiàn)如圖3所示（橫坐標(biāo)為溫度、縱坐標(biāo)為含濕量）。圖3曲線(xiàn)的左側(cè)為煙氣過(guò)飽和狀態(tài)，即白煙產(chǎn)生區(qū)；右側(cè)為煙氣不飽和狀態(tài)，即無(wú)白煙區(qū)。煙氣經(jīng)吸收塔凈化后為飽和濕煙氣（或近似于飽和），此時(shí)狀態(tài)位于曲線(xiàn)上。煙氣溫度在不斷降低的過(guò)程中，濕度下降慢，其含濕量一直處于過(guò)飽和狀態(tài)，冷凝液不斷產(chǎn)生，對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)左側(cè)過(guò)飽和區(qū)。當(dāng)煙氣溫度逐漸降至環(huán)境溫度，含濕量下降至環(huán)境溫度下的飽和狀態(tài)以下及處于非飽和狀態(tài)時(shí)，此時(shí)白色煙羽消失。

脫硫塔出口煙氣含濕量與溫度變化曲線(xiàn)有如下五種消白煙技術(shù)路線(xiàn)。

4.1 煙氣加熱

（1）回轉(zhuǎn)式GGH（如圖4）?；剞D(zhuǎn)式GGH是通過(guò)位于轉(zhuǎn)子中的傳熱元件在原煙氣吸收熱量，在凈煙氣釋放出熱量，通過(guò)轉(zhuǎn)子的緩慢連續(xù)旋轉(zhuǎn)，傳熱元件的交替吸收、釋放熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)凈煙氣的加熱。

該技術(shù)投資較高、阻力大（1000～1500Pa）；增加煤耗0.5～1.0g/kW?h；不能控制GGH進(jìn)出口煙氣溫度；高負(fù)荷時(shí)煙氣熱量浪費(fèi)較多；存在約1%的泄漏率，對(duì)SO2超低排放影響大；漏風(fēng)率較高、原煙氣SO2濃度較高，影響SO2達(dá)標(biāo)排放，冬季氣溫低時(shí)不能消除大白煙，因此不推薦該技術(shù)。

（2）管式GGH（如圖5）。管式GGH利用除塵器出口至吸收塔的這段高溫?zé)煔猓?30℃～150℃）加熱脫硫后的凈煙氣。凈煙氣通常被加熱到80℃左右，然后排放。該技術(shù)投資較高、阻力大（500～600Pa）；增加煤耗0.6g/kW?h；不能控制GGH進(jìn)出口煙氣溫度；高負(fù)荷時(shí)煙氣熱量浪費(fèi)較多；塑料換熱管與煙道接口存在泄漏，密封需要特殊設(shè)計(jì)，否則也有0.4%的漏風(fēng)率，冬季氣溫低時(shí)不能消除大白煙，因此不推薦該技術(shù)。

（3）MGGH，日本三菱公司開(kāi)發(fā)的濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝采用無(wú)泄漏管式水媒體加熱器（MGGH）即原煙氣加熱水，然后用加熱后的水加熱脫硫后的凈煙氣。該技術(shù)不存在煙氣泄漏問(wèn)題，技術(shù)成熟，應(yīng)用業(yè)績(jī)多，但投資高、阻力大（800～1000Pa）；增加煤耗0.8~1g/kW?h，需采用合理的材料和設(shè)計(jì)方式防止磨損和腐蝕。可通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將部分熱量有效利用；低負(fù)荷時(shí)需要配套蒸氣加熱裝置；冬季氣溫低時(shí)不能消除大白煙，因此不推薦采用此技術(shù)。

（4）蒸氣換熱加熱，該技術(shù)阻力大（600Pa）；增加煤耗2g/kW?h；運(yùn)行費(fèi)用高，增加了氣機(jī)的熱耗，不經(jīng)濟(jì)，因此不推薦該技術(shù)。

4.2 煙氣混合

（1）熱二次風(fēng)混合加熱，該技術(shù)阻力小、投資費(fèi)用低；增加10%～20%的二次風(fēng)量；鍋爐效率下降0.5%左右，煤耗增加1.5～2g/kW?h；熱二次風(fēng)會(huì)攜帶部分煙塵，使凈煙氣的粉塵濃度增加，影響煙塵達(dá)標(biāo)排放和鍋爐效率，不推薦該技術(shù)。

（2）燃?xì)庵苯蛹訜?，運(yùn)行費(fèi)用高；會(huì)增加煙氣中的污染物，影響煙塵等污染物達(dá)標(biāo)排放、運(yùn)行費(fèi)用高，不推薦該技術(shù)。

4.3 煙氣冷凝

（1）噴淋降溫+除霧。該技術(shù)噴淋水會(huì)攜帶污染物，不宜直接排放，需要循環(huán)降溫，降溫幅度小時(shí)，消白效果不明顯，因此不推薦采用此技術(shù)。

（2）冷凝換熱器，煙氣在換熱器入口時(shí)處于過(guò)熱狀態(tài)，隨著煙氣溫度的降低，當(dāng)貼近壁面的煙氣局部溫度低于煙氣中水蒸汽飽和溫度的露點(diǎn)溫度時(shí)，水蒸汽由于過(guò)飽和而在壁面上發(fā)生凝結(jié)。冷凝下來(lái)的液滴不斷聚集，最終在壁面上形成一層液滴，匯集至提水收集器內(nèi)。該技術(shù)需要降溫的幅度大，降溫幅度時(shí)間長(zhǎng)，消白效果不明顯。

4.4 冷凝換熱器+煙氣再熱

技術(shù)適應(yīng)范圍廣。首先對(duì)凈煙氣進(jìn)行冷凝除濕，降低煙氣中含有的水分比例。然后再對(duì)煙氣適當(dāng)加熱再送入煙囪排放。加熱的方式，可選用GGH或者M(jìn)GGH，該技術(shù)需要循環(huán)降溫能節(jié)約大量水；煙氣升溫幅度低，特別是在冬季更加明顯；可完全消除大白煙現(xiàn)象。

直接加熱方案：凈煙氣從50℃升到78℃；冷凝+再熱方案：冷凝到45℃，再加熱到66℃，如圖6所示。

濕度飽和曲線(xiàn)左上方代表過(guò)飽和狀態(tài)（即會(huì)有大量的水析出，產(chǎn)生白煙或煙雨），右下方代表不飽和狀態(tài)，此時(shí)煙氣中的水分以氣態(tài)形式存在，不會(huì)產(chǎn)生白煙和煙雨的現(xiàn)象。偏離飽和曲線(xiàn)越遠(yuǎn)，煙雨和白煙現(xiàn)象消除的越好。故建議采用冷凝換熱器+煙氣再熱技術(shù)路線(xiàn)。

4.5 漿液冷卻技術(shù)+MGGH

漿液冷卻技術(shù)（如圖7）在噴淋層最頂層漿液循環(huán)泵入口增設(shè)板式換熱器，傳熱媒介水源采用循環(huán)水，傳熱媒介經(jīng)冷卻水塔進(jìn)行冷卻，漿液經(jīng)過(guò)板式換熱器冷卻后噴入脫硫塔，與煙氣進(jìn)行接觸反應(yīng)，煙溫降低5℃～10℃，可顯著減少白煙；同步增設(shè)MGGH，升溫8℃～15℃即可“脫白”，大幅節(jié)省換熱面積。

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采用漿液冷卻方案無(wú)論從造價(jià)、場(chǎng)地要求、系統(tǒng)總體能耗，運(yùn)行維護(hù)工作量等方面皆?xún)?yōu)于煙氣冷卻方案。但水平衡等問(wèn)題需開(kāi)發(fā)高效過(guò)濾回用系統(tǒng)，并在設(shè)計(jì)中采取優(yōu)化措施，存在板式換熱器堵管、循環(huán)水管道堵塞等問(wèn)題有待解決，系統(tǒng)完善后將是消除煙羽的優(yōu)選技術(shù)路線(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

煙氣脫白技術(shù)建議采用冷凝換熱器+煙氣再熱和漿液冷凝+小型MGGH煙氣再熱技術(shù)將是未來(lái)實(shí)現(xiàn)消除有色煙羽的優(yōu)選技術(shù)路線(xiàn)。既能滿(mǎn)足環(huán)保指標(biāo)，又能滿(mǎn)足場(chǎng)地及經(jīng)濟(jì)性的制約，合理選擇煙氣脫白技術(shù)對(duì)發(fā)電廠(chǎng)具有重要的意義。

來(lái)源： 《中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)》

碧水藍(lán)天環(huán)保平臺(tái)立足廢水廢氣處理的環(huán)保領(lǐng)域。工業(yè)匠心，立足環(huán)保，專(zhuān)注廢水處理技術(shù)，廢氣處理設(shè)備采購(gòu)，整合35項(xiàng)環(huán)保技術(shù)，16年深耕工業(yè)廢水處理，擁有200個(gè)工業(yè)廢氣處理項(xiàng)目的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)；采用PTO（采購(gòu)+技術(shù)+運(yùn)維）三網(wǎng)服務(wù)模式。專(zhuān)業(yè)采購(gòu)管家，一對(duì)一環(huán)保解決方案。

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