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本文對(duì)煙羽形成的影響因素和主流治理技術(shù)的特點(diǎn)及其原理進(jìn)行了闡述,并結(jié)合濕煙羽的特性探索了一條可行的煙氣脫白節(jié)能路徑,對(duì)煙羽現(xiàn)象的治理具有一定的參考價(jià)值。
▲ 來(lái)源：《上海節(jié)能》 作者：王宗民
目前國(guó)內(nèi)較多燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝進(jìn)行煙氣脫硫,脫硫后煙氣為飽和濕煙氣,直接排放后易形成＂煙羽＂。目前國(guó)內(nèi)外已有針對(duì)＂濕煙羽＂治理的相關(guān)技術(shù)措施。本文對(duì)煙羽形成的影響因素和主流治理技術(shù)的特點(diǎn)及其原理進(jìn)行了闡述,并結(jié)合濕煙羽的特性探索了一條可行的煙氣脫白節(jié)能路徑,對(duì)煙羽現(xiàn)象的治理具有一定的參考價(jià)值。
1. 引言
目前我國(guó)燃煤電廠90%以上機(jī)組的脫硫設(shè)施采用的是石灰石—石膏濕法脫硫工藝。此脫硫工藝一般采用噴淋洗滌技術(shù)，去除煙氣中的二氧化硫，與此同時(shí)大量水被氣化后進(jìn)入煙氣之中，導(dǎo)致煙氣溫度降低到與煙氣的水露點(diǎn)溫度接近。隨著我國(guó)燃煤電廠超低排放改造的推進(jìn)，大部分電廠濕法脫硫裝置取消了GGH。煙氣經(jīng)過(guò)濕法脫硫石膏漿液的洗滌，溫度降至45~55℃，呈飽和狀態(tài)。
煙囪排出的濕煙氣與溫度較低的環(huán)境空氣發(fā)生接觸，煙氣降溫，在此過(guò)程中煙氣中所含水蒸汽過(guò)飽和凝結(jié)，凝結(jié)水滴對(duì)光線產(chǎn)生折射、散射，從而使煙羽呈現(xiàn)出白色或者灰色的“濕煙羽”（俗稱“大白煙”、“白霧”等）。濕煙氣排放時(shí)，“煙羽”的抬升高度會(huì)有所降低，擴(kuò)散效果相對(duì)較差，污染物在煙囪附近的落地濃度會(huì)增加，加重灰霾現(xiàn)象，影響能見(jiàn)度。在環(huán)境溫度低、除霧效果較差時(shí)，則有可能發(fā)生“煙囪雨”現(xiàn)象，同時(shí)不利于煙氣抬升擴(kuò)散，甚至?xí)觿【植克嵊辏g工程設(shè)施及建筑物等。濕煙羽現(xiàn)象嚴(yán)重影響了電廠周邊居民的生產(chǎn)生活，削弱了公眾對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的滿意度，相當(dāng)一部分燃煤電廠附近的居民對(duì)濕煙羽的治理提出了相關(guān)訴求，地方有關(guān)政府部門(mén)也對(duì)濕煙羽的控制提出了要求。
隨著國(guó)家對(duì)污染物排放要求的提高，當(dāng)前燃煤電廠煙氣排放污染物對(duì)環(huán)境的污染已經(jīng)大幅下降。煙氣經(jīng)除塵、脫硫、脫硝、脫汞等措施后有效控制了顆粒物、硫氧化物、氮氧化物和汞等污染物的排放。“煙羽現(xiàn)象”是濕煙氣中水汽凝聚產(chǎn)生的小水滴，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。與同等干煙氣排放的污染物相比，排放總量并不會(huì)發(fā)生變化。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于濕煙羽的成因以及擬采取的對(duì)策并沒(méi)有系統(tǒng)性的研究分析，本文就濕煙羽的成因，目前對(duì)濕煙羽治理效果的解決技術(shù)和節(jié)能消“煙”措施等三方面進(jìn)行論述。
2. 影響煙羽形成的因素
濕法脫硫是一個(gè)氣液交換過(guò)程，逆流噴淋脫硫塔的氣液相互作用十分強(qiáng)烈，會(huì)對(duì)脫硫漿液的液滴產(chǎn)生攜帶。“濕煙羽”和“石膏雨”主要就是吸收塔內(nèi)的液態(tài)水、凈煙氣在煙囪中降溫的冷凝水以及攜帶的漿液滴隨煙氣排放形成的。其中造成這種現(xiàn)象主要因素有環(huán)境因素、工藝設(shè)計(jì)、除霧器性能、煙氣特性以及運(yùn)行參數(shù)等。環(huán)境因素主要包括環(huán)境溫度、風(fēng)速、氣壓和大氣相對(duì)濕度等。工藝設(shè)計(jì)包含煙囪中煙氣液滴的攜帶量、脫硫塔內(nèi)煙氣流速、塔內(nèi)流場(chǎng)分布、液氣比、脫硫漿液的霧化程度等。煙氣特性主要指濕煙氣的排煙溫度，煙氣中含有的粉塵、石膏漿液，二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和水蒸汽等。煙氣處理設(shè)備與機(jī)組同步運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際運(yùn)行的煙氣量、除塵器的效率、脫硫塔的漿液品質(zhì)以及煙囪排煙溫度等運(yùn)行參數(shù)都會(huì)對(duì)煙羽現(xiàn)象的形成產(chǎn)生重要的影響。
3. 主要消除技術(shù)
消除煙羽是一個(gè)綜合治理的過(guò)程，應(yīng)從以下幾方面著手:
（1）降低煙氣的絕對(duì)含濕量；
（2）降低煙氣的相對(duì)含濕量；
（3）控制煙氣中SO3的生成及排放，控制NOx的排放并合理噴氨；
（4）去除亞微米顆粒和酸霧，減少酸性氣溶膠的產(chǎn)生。對(duì)此根據(jù)“煙羽現(xiàn)象”的基本成因原理，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，治理手段大致可分為三大類：煙氣加熱技術(shù)、煙氣冷凝技術(shù)和煙氣冷凝再熱技術(shù)。
3.1 煙氣加熱技術(shù)
煙氣加熱技術(shù)是對(duì)進(jìn)入煙囪前的濕飽和煙氣進(jìn)行加熱，將濕煙氣的溫度升高，保持濕煙氣的絕對(duì)含濕量不變，相對(duì)含濕量減小，使得煙氣相對(duì)濕度小于升溫后的飽和濕度，從而達(dá)到消除煙羽的技術(shù)要求。
目前煙氣加熱技術(shù)按換熱方式可以分為間接換熱和直接換熱兩類。間接加熱技術(shù)主要有回轉(zhuǎn)式GGH，管式GGH，熱管式GGH，MGGH和蒸汽加熱器等；直接加熱技術(shù)主要有熱二次風(fēng)混合加熱，燃?xì)庵苯蛹訜幔瑹峥諝饣旌霞訜岬?種。
3.2 煙氣冷凝技術(shù)
煙氣冷凝技術(shù)是對(duì)煙囪入口前的濕飽和煙氣進(jìn)行冷卻，將濕煙氣的溫度降低，在降溫過(guò)程中含濕量大幅下降，減小濕煙氣的絕對(duì)含濕量。該技術(shù)可以回收大量煙氣凝結(jié)水、降低煙氣中煙塵、Hg、SO3等多種污染物的濃度。
煙氣冷凝技術(shù)主要有鑲邊凝聚器、冷凝析水器、脫硫零補(bǔ)水系統(tǒng)和煙氣余熱回收與減排一體化系統(tǒng)等。按換熱方式分有為間接換熱（如管式換熱器）和直接換熱（如噴淋塔）兩類。按冷源的不同又可分為水冷源、空氣冷源和其他人工冷源等三種。
3.3 煙氣冷凝再熱技術(shù)
煙氣冷凝再熱技術(shù)是上述兩種方式的組合使用。它的濕煙羽消除機(jī)理是通過(guò)降溫減少濕煙氣中的絕對(duì)含濕量，使煙氣中飽和水汽析出成凝結(jié)水，再將煙氣再熱降低濕煙氣的相對(duì)含濕量，從而消除煙羽。
3.4 其它消除措施
根據(jù)燃煤電廠“煙羽現(xiàn)象”產(chǎn)生的原因，還可以采取一些可行的措施，如混煤燃燒，采用混煤燃燒的方式降低煙氣中的含硫量，從源頭減少SO3的產(chǎn)生；也可在燃燒中或燃燒后噴堿性吸收劑，從爐膛頂部或選擇在催化還原裝置后向爐膛或煙道內(nèi)噴灑堿性吸收漿液，其與SO3發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽，隨飛灰通過(guò)除塵裝置脫除。美國(guó)的Gavin電廠爐膛噴鎂脫硫效果顯著，當(dāng)Mg/SO3摩爾比為7時(shí)，SO3的脫除效率可達(dá)到90%。除此之外，開(kāi)發(fā)新型SCR催化劑，如BiOIO3、CuO/TiO2等，降低SCR中SO3的轉(zhuǎn)化。
4. 新型消“煙”技術(shù)
根據(jù)“煙羽現(xiàn)象”的形成機(jī)理以及消除技術(shù)，可考慮效仿煙氣換熱器——位于發(fā)電廠電除塵器的上游或下游，通常是一種具有逆流排列的管式換熱器，在脫硫塔下游布置一級(jí)煙氣冷凝裝置用于對(duì)濕煙氣降溫，將其中的水蒸氣凝結(jié)出來(lái)收集。通過(guò)換熱降低煙氣的溫度，將熱量從煙氣轉(zhuǎn)移到冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)可取自凝汽器的循環(huán)冷卻水，其溫度為30℃左右，使該換熱器具有低溫省煤器的作用，預(yù)先加熱鍋爐給水。也可取自外部水源，給水進(jìn)口溫度:冬季5～15℃，夏季15～25℃，換熱后可達(dá)到35~40℃。
另外，可將煙氣冷凝裝置單獨(dú)改造成一個(gè)供暖系統(tǒng)，提供低品位熱水，供給地暖熱用戶采暖。常規(guī)暖氣散熱片對(duì)熱水溫度要求較高，要求供水溫度達(dá)到70℃左右，而地暖采暖所要求的供水溫度只需要50℃以下，回水溫度約25℃左右，通過(guò)利用地暖的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷源的循環(huán)再利用。
這樣尾部煙氣冷凝裝置的水循環(huán)流程可以分為兩個(gè)單獨(dú)的循環(huán)回路，一回路為:冷凝器→煙氣冷凝裝置→省煤器→循環(huán)水泵→鍋爐→過(guò)熱器→汽機(jī)，該回路用于燃煤電廠正常生產(chǎn)活動(dòng);二回路為：外部水源→煙氣冷凝裝置→循環(huán)水泵→用戶，此回路主要用于采暖類型為地暖的用戶。由此運(yùn)行后，鍋爐熱效率可以得到有效的提高，實(shí)現(xiàn)了冷源水的再利用，同時(shí)一定程度上消除“煙羽現(xiàn)象”。
5. 總結(jié)
對(duì)采用濕法脫硫工藝的燃煤電廠普遍存在的“煙羽現(xiàn)象”，其主要原因是脫硫塔脫硫后的煙氣中含有固體顆粒物的液態(tài)水和汽態(tài)水，根本原因?yàn)檫M(jìn)入煙囪的煙氣為飽和濕煙氣。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有煙羽治理相關(guān)技術(shù)的闡述，結(jié)合當(dāng)前電廠節(jié)能減排的技術(shù)要求，提出了一種可有效凝結(jié)析出飽和煙氣中水蒸氣的辦法，緩解了煙羽的發(fā)生，同時(shí)冷源也得到了良好的利用，對(duì)未來(lái)的煙羽治理有一定的借鑒意義。
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