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本文對煙羽形成的影響因素和主流治理技術的特點及其原理進行了闡述,并結合濕煙羽的特性探索了一條可行的煙氣脫白節能路徑,對煙羽現象的治理具有一定的參考價值。
▲ 來源：《上海節能》 作者：王宗民
目前國內較多燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝進行煙氣脫硫,脫硫后煙氣為飽和濕煙氣,直接排放后易形成＂煙羽＂。目前國內外已有針對＂濕煙羽＂治理的相關技術措施。本文對煙羽形成的影響因素和主流治理技術的特點及其原理進行了闡述,并結合濕煙羽的特性探索了一條可行的煙氣脫白節能路徑,對煙羽現象的治理具有一定的參考價值。
1. 引言
目前我國燃煤電廠90%以上機組的脫硫設施采用的是石灰石—石膏濕法脫硫工藝。此脫硫工藝一般采用噴淋洗滌技術，去除煙氣中的二氧化硫，與此同時大量水被氣化后進入煙氣之中，導致煙氣溫度降低到與煙氣的水露點溫度接近。隨著我國燃煤電廠超低排放改造的推進，大部分電廠濕法脫硫裝置取消了GGH。煙氣經過濕法脫硫石膏漿液的洗滌，溫度降至45~55℃，呈飽和狀態。
煙囪排出的濕煙氣與溫度較低的環境空氣發生接觸，煙氣降溫，在此過程中煙氣中所含水蒸汽過飽和凝結，凝結水滴對光線產生折射、散射，從而使煙羽呈現出白色或者灰色的“濕煙羽”（俗稱“大白煙”、“白霧”等）。濕煙氣排放時，“煙羽”的抬升高度會有所降低，擴散效果相對較差，污染物在煙囪附近的落地濃度會增加，加重灰霾現象，影響能見度。在環境溫度低、除霧效果較差時，則有可能發生“煙囪雨”現象，同時不利于煙氣抬升擴散，甚至會加劇局部酸雨，腐蝕工程設施及建筑物等。濕煙羽現象嚴重影響了電廠周邊居民的生產生活，削弱了公眾對環境保護工作的滿意度，相當一部分燃煤電廠附近的居民對濕煙羽的治理提出了相關訴求，地方有關政府部門也對濕煙羽的控制提出了要求。
隨著國家對污染物排放要求的提高，當前燃煤電廠煙氣排放污染物對環境的污染已經大幅下降。煙氣經除塵、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。“煙羽現象”是濕煙氣中水汽凝聚產生的小水滴，不會對環境造成嚴重污染。與同等干煙氣排放的污染物相比，排放總量并不會發生變化。目前國內外對于濕煙羽的成因以及擬采取的對策并沒有系統性的研究分析，本文就濕煙羽的成因，目前對濕煙羽治理效果的解決技術和節能消“煙”措施等三方面進行論述。
2. 影響煙羽形成的因素
濕法脫硫是一個氣液交換過程，逆流噴淋脫硫塔的氣液相互作用十分強烈，會對脫硫漿液的液滴產生攜帶。“濕煙羽”和“石膏雨”主要就是吸收塔內的液態水、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。其中造成這種現象主要因素有環境因素、工藝設計、除霧器性能、煙氣特性以及運行參數等。環境因素主要包括環境溫度、風速、氣壓和大氣相對濕度等。工藝設計包含煙囪中煙氣液滴的攜帶量、脫硫塔內煙氣流速、塔內流場分布、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。煙氣處理設備與機組同步運行過程中，實際運行的煙氣量、除塵器的效率、脫硫塔的漿液品質以及煙囪排煙溫度等運行參數都會對煙羽現象的形成產生重要的影響。
3. 主要消除技術
消除煙羽是一個綜合治理的過程，應從以下幾方面著手:
（1）降低煙氣的絕對含濕量；
（2）降低煙氣的相對含濕量；
（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生。對此根據“煙羽現象”的基本成因原理，結合實際生產，治理手段大致可分為三大類：煙氣加熱技術、煙氣冷凝技術和煙氣冷凝再熱技術。
3.1 煙氣加熱技術
煙氣加熱技術是對進入煙囪前的濕飽和煙氣進行加熱，將濕煙氣的溫度升高，保持濕煙氣的絕對含濕量不變，相對含濕量減小，使得煙氣相對濕度小于升溫后的飽和濕度，從而達到消除煙羽的技術要求。
目前煙氣加熱技術按換熱方式可以分為間接換熱和直接換熱兩類。間接加熱技術主要有回轉式GGH，管式GGH，熱管式GGH，MGGH和蒸汽加熱器等；直接加熱技術主要有熱二次風混合加熱，燃氣直接加熱，熱空氣混合加熱等3種。
3.2 煙氣冷凝技術
煙氣冷凝技術是對煙囪入口前的濕飽和煙氣進行冷卻，將濕煙氣的溫度降低，在降溫過程中含濕量大幅下降，減小濕煙氣的絕對含濕量。該技術可以回收大量煙氣凝結水、降低煙氣中煙塵、Hg、SO3等多種污染物的濃度。
煙氣冷凝技術主要有鑲邊凝聚器、冷凝析水器、脫硫零補水系統和煙氣余熱回收與減排一體化系統等。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
煙氣冷凝再熱技術是上述兩種方式的組合使用。它的濕煙羽消除機理是通過降溫減少濕煙氣中的絕對含濕量，使煙氣中飽和水汽析出成凝結水，再將煙氣再熱降低濕煙氣的相對含濕量，從而消除煙羽。
3.4 其它消除措施
根據燃煤電廠“煙羽現象”產生的原因，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噴灑堿性吸收漿液，其與SO3發生反應生成硫酸鹽，隨飛灰通過除塵裝置脫除。美國的Gavin電廠爐膛噴鎂脫硫效果顯著，當Mg/SO3摩爾比為7時，SO3的脫除效率可達到90%。除此之外，開發新型SCR催化劑，如BiOIO3、CuO/TiO2等，降低SCR中SO3的轉化。
4. 新型消“煙”技術
根據“煙羽現象”的形成機理以及消除技術，可考慮效仿煙氣換熱器——位于發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煙氣冷凝裝置用于對濕煙氣降溫，將其中的水蒸氣凝結出來收集。通過換熱降低煙氣的溫度，將熱量從煙氣轉移到冷卻介質，冷卻介質可取自凝汽器的循環冷卻水，其溫度為30℃左右，使該換熱器具有低溫省煤器的作用，預先加熱鍋爐給水。也可取自外部水源，給水進口溫度:冬季5～15℃，夏季15～25℃，換熱后可達到35~40℃。
另外，可將煙氣冷凝裝置單獨改造成一個供暖系統，提供低品位熱水，供給地暖熱用戶采暖。常規暖氣散熱片對熱水溫度要求較高，要求供水溫度達到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，通過利用地暖的優勢，可實現對冷源的循環再利用。
這樣尾部煙氣冷凝裝置的水循環流程可以分為兩個單獨的循環回路，一回路為:冷凝器→煙氣冷凝裝置→省煤器→循環水泵→鍋爐→過熱器→汽機，該回路用于燃煤電廠正常生產活動;二回路為：外部水源→煙氣冷凝裝置→循環水泵→用戶，此回路主要用于采暖類型為地暖的用戶。由此運行后，鍋爐熱效率可以得到有效的提高，實現了冷源水的再利用，同時一定程度上消除“煙羽現象”。
5. 總結
對采用濕法脫硫工藝的燃煤電廠普遍存在的“煙羽現象”，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水和汽態水，根本原因為進入煙囪的煙氣為飽和濕煙氣。通過對現有煙羽治理相關技術的闡述，結合當前電廠節能減排的技術要求，提出了一種可有效凝結析出飽和煙氣中水蒸氣的辦法，緩解了煙羽的發生，同時冷源也得到了良好的利用，對未來的煙羽治理有一定的借鑒意義。
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