燃煤电厂湿烟囱白烟机理及治理方法研究

燃煤电厂湿烟囱白烟机理及治理方法研究

武承甲

（新疆天富环保科技有限公司新疆石河子市832000）

摘要：烟气脱白已经被很多地方列入到了大气治理指标中，并且严格要求燃煤电厂借助相关技术来减少烟气中的含湿量以及烟气排放温度，通过收集烟气中过饱和的水蒸气，减少烟气中可溶性盐、硫酸雾、有机物等可凝结颗粒物的排放，降低视觉污染。鉴于此，本文就燃煤电厂湿烟囱白烟机理及治理方法展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：烟气脱白；冷凝；加热

1.白色烟羽排放的影响因素及消除机理

烟囱内的烟气处于饱和状态，饱和烟气遭遇温度较低的大气后会急剧冷却，烟气中水蒸气冷凝成液态，烟气透射光率下降，从而表现出烟囱冒白烟现象。随着烟气在大气中的进一步扩散，水蒸气在大气中的浓度降低，阳光透射率提高，并且水蒸气分压力下降、饱和温度下降，导致其重新蒸发，使得白烟逐步减少直至消失。标准大气压下，在不同温度下相对湿度为100%的饱和烟气含湿量曲线如图1所示，其中数据取自常用的空气密度表（-20～60℃）。烟气经吸收塔净化后为低温饱和湿烟气（或近似于饱和），烟气从烟囱出口排放后，因环境温度较低，烟气中水蒸气发生相变冷凝成液态，此时白色烟羽产生；在烟气温度不断降低的过程中，其含湿量处于过饱和状态，冷凝液不断产生，当烟气温度逐渐降至环境温度，含湿量处于非饱和状态时，白色烟羽消失。白色烟羽排放的影响因素主要为环境温度、环境相对湿度、烟囱出口烟气温度、环境风速以及烟气速度等。其中，环境温度越低，烟羽排放现象越明显，烟羽治理难度越大；环境湿度越大，烟羽中的水分难以及时扩散，造成烟羽影响范围增大，湿烟羽治理难度越大；烟囱出口烟气温度越低，湿烟羽长度越小，采用降温措施可以在一定程度上减弱或消除湿烟羽现象；环境风速越高，湿烟羽飘散的距离越远；烟气速度越大，湿烟羽的长度越大，表明燃煤机组负荷和烟囱出口直径也是影响湿烟羽排放的重要因素。

图1烟囱出口烟羽排放的产生机理

白色烟羽的消除机理从图1可知，烟囱出口出现烟羽的原因是烟气中的水蒸气在降温过程中出现了过饱和状态，发生相变析出冷凝水。若消除白色烟羽，就需要保证烟气含湿量在降温过程中始终低于饱和含湿量值，保证烟气中的水蒸气始终处于气相状态，不发生相变析出冷凝水。烟囱出口烟羽的消除机理如图2所示，数据取自常用的空气密度表（-20～60℃）。在降温过程中，烟气若不进行处理就会出现图1中的水蒸气相变冷凝过程，产生白色烟羽。因此，在外界环境状态不变的情况下，需要对吸收塔净化后的烟气进行处理才可消除白色烟羽。

图2烟囱出口烟羽的消除机理

2.白色烟羽治理和存在问题

通过提高湿烟气中水蒸汽饱和湿度即可避免产生白色烟羽，为保障脱硫效率和锅炉热效率，目前主要采用换热加热法消除白色烟羽。其原理是通过加热提高排烟初参数，将尾部烟温从点Ａ加热到大于点Ｅ后再排出，图１中扩散段ＥＤ位于湿烟气饱和含湿量曲线之下，烟气中水蒸汽在大气中扩散时不会因达到饱和而凝结。换热加热法采用换热器交换烟气热量，降低湿法脱硫工艺的热量损失。目前，水汽换热器应用最广，设备简单、长期投资小、热效率高且易用维护。该公司采用技术成熟的ＭＧＧＨ方法对锅炉进行改造，在静电除尘器之前增加烟气冷却器，脱硫吸收塔出口增加烟气加热器，其以水为媒介，从而实现超净排放项目整体设计中低低温电除尘、高效脱硫以及白色烟羽治理，同时降低湿法脱硫工艺造成的热损失。

按照国家白色烟羽治理措施中规定采用烟气加热法的公司正常排烟温度应维持在７５℃以上，冬季低温天气和重污染预警启动时烟温维持在７８℃以上。由于环境参数和机组运行工况是连续变化的，满足一定条件时即使排烟温度小于环保定值７５℃也不会产生白色烟羽，如果要满足７５℃定值运行经常需要消耗大量的辅汽来弥补加热器热量，造成机组热效率降低，运行成本上涨。

3.烟气消白的工艺路线

3.1净烟气加热工艺路线

湿法脱硫后，保持50℃左右湿烟气的绝对湿度不变，通过等湿升温实现消白。如气气换热升温GGH、冷媒烟气换热升温MGGH，在除尘器前或后以及脱硫塔后至烟囱入口烟道内各增设一套烟气换热装置，利用脱硫塔前的热烟气加热脱硫塔出口的净烟气，将饱和湿烟气从50℃左右升高到80℃以上，可以达到去除烟羽的目的。这种方法烟囱只需略做防腐处理，充分利用了原烟气的余热。GGH的缺点是漏烟气、脱硫效率难以提高，阻力大、容易堵、故障率高；体积大、投资高；排烟温度不宜控制，现国内大部分电厂已拆除。MGGH克服了GGH的漏烟气、容易堵的缺点，提高了设备利用率和脱硫效率，但设备阻力大、体积大、投资高，排烟温度不宜控制。

3.2先冷凝再加热工艺路线

首先对脱硫处理后的饱和湿烟气进行冷凝，使得烟气中的含水率降低，回收冷凝下来的水，同时冷凝的过程可对粉尘、SO3和硝酸盐等污染物起到协同去除的作用，初步估算可去除20%～40%的粉尘。其次，再对排放烟气适度加热即可达到所需的扩散条件，一般利用烟气冷却器回收的余热对净烟气进行加热，达到消除白烟的目的。冷却后的烟气含水率大大降低，对其进行加热时，所需的热量也大幅减少，对整个电厂的节能及运行经济性有良好的支持作用。最后，采用该工艺可真正实现节能、减排和消除视觉污染的作用，冷凝器所回收的凝结水，经过简单处理后可以作为脱硫系统的补水循环使用，基本可实现脱硫系统零水耗。冷却水可以通过机械通风冷却系统降温或利用热泵技术对其热量进行回收，如果周围有低温冷源（如海水等）也可直接利用此冷源进行降温。

3.3联合技术消白

采用MGGH（烟气冷却器和烟气再热器）＋冷凝换热器＋蒸汽热水换热器联合技术消白。FGD前原烟气由烟气冷却器回收部分余热；在吸收塔出口的水平烟道安装烟气冷凝器或在吸收塔外采用浆液冷凝器，对脱硫后净烟气进行冷凝；在烟气冷凝器出口的水平烟道安装烟气再热器，利用烟气冷却器回收的余热，对净烟气进行加热；为控制排烟温度，对冷媒热水采取蒸汽热水换热器补热，从而达到完全消除烟囱白烟现象，并回收一部分冷凝水。此技术消白效果好但工艺流程复杂、辅助系统多、设备阻力大、体积大、占地大、投资高、运行费用高。

结语

目前对湿烟囱消白的治理方案缺少统一的规范和要求，选择治理技术时，人们应该根据不同地区的气候、冷源、环保要求以及机组的经济性等因素统一进行考虑。

参考文献

[1]王颖聪.湿法脱硫烟气石膏雨成因分析及处理方案综述[J].华北电力技术，2012(10):68-71+75.