目前，我國大部分燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，該工藝可使煙氣溫度降低至45～55℃，這些低溫飽和濕煙氣直接經(jīng)煙囪進(jìn)入大氣環(huán)境，遇冷凝結(jié)成微小液滴，從而產(chǎn)生“白色煙羽”。

　　▲ 來源：《華電技術(shù)》 作者：王貴彥 黃素華

　　本文利用溫濕圖分析了采用濕法脫硫工藝的燃煤機(jī)組煙囪出口容易形成“白色煙羽”的原因，指出目前普遍采用的直接加熱法雖然能夠消除“白色煙羽”，但會(huì)增加機(jī)組的運(yùn)行能耗，最后提出采用先冷凝再加熱的工藝是治理“白色煙羽”的有效節(jié)能措施。

　　引言

　　目前，我國大部分燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，該工藝可使煙氣溫度降低至45～55℃，這些低溫飽和濕煙氣直接經(jīng)煙囪進(jìn)入大氣環(huán)境，遇冷凝結(jié)成微小液滴，從而產(chǎn)生“白色煙羽”。

　　雖然單純的“白色煙羽”對(duì)環(huán)境質(zhì)量沒有影響，但是影響環(huán)境感觀，有時(shí)甚至?xí)徽`認(rèn)為有毒、有害廢氣。濕煙氣凝結(jié)形成的微小水滴雖然危害不大，但是會(huì)對(duì)周圍居民生活造成一定的困擾，環(huán)保局就經(jīng)常接到類似投訴。因此，許多燃煤電廠把消除“白色煙羽”作為超低排放改造的重要內(nèi)容之一。

　　1 “白色煙羽”形成機(jī)理

　　濕法脫硫后的濕煙氣直接排放之所以會(huì)產(chǎn)生“白色煙羽”，是因?yàn)樵诿摿蜻^程中，脫硫漿液與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，發(fā)生傳熱傳質(zhì)。一方面水分蒸發(fā)，增加煙氣的含濕量;另一方面，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達(dá)到飽和狀態(tài)后，會(huì)攜帶部分小液滴。這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經(jīng)除霧器除去絕大部分液滴后，如果直接經(jīng)煙囪排入大氣，由于環(huán)境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會(huì)凝結(jié)成小液滴形成“白色煙羽”。

　　圖1為相對(duì)濕度為100%的空氣中含濕量隨溫度的變化趨勢(shì)曲線，A點(diǎn)為排放濕煙氣的初始狀態(tài)，B點(diǎn)、C點(diǎn)為不同的環(huán)境空氣狀態(tài)，AB，AC分別與飽和濕度曲線相交于B1，C1點(diǎn)。濕煙氣從煙囪口排出后是否會(huì)出現(xiàn)白煙及出現(xiàn)白煙的長度，不僅與煙氣本身含濕量的多少、煙氣的溫度(A點(diǎn)位置)有關(guān)，而且與它周圍環(huán)境空氣的溫度、濕度(即B，C點(diǎn)位圖1溫濕圖上煙氣狀態(tài)變化置)有關(guān)。A點(diǎn)狀態(tài)的濕煙氣從煙囪口排出后，沿飽和濕度曲線變化到B1點(diǎn)，在這個(gè)過程中濕煙氣中的水分凝結(jié)成小液滴，也即形成“白色煙羽”，然后由B1點(diǎn)沿直線變化到環(huán)境狀態(tài)B點(diǎn)，在這個(gè)過程中“白色煙羽”消失。由A點(diǎn)變化到環(huán)境溫度更低的C點(diǎn)的過程也類似，只不過“白色煙羽”的長度更長。因此，只要濕煙氣初始狀態(tài)點(diǎn)與環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)的連線與飽和濕度曲線相交，就會(huì)產(chǎn)生“白色煙羽”。并且環(huán)境溫度越低、濕度越大“白色煙羽”越長。

　　大氣環(huán)境因素中，環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、大氣壓力都對(duì)“白色煙羽”的形成有影響，其中環(huán)境溫度的影響最大，所以這里僅討論和分析環(huán)境溫度的影響情況，假定大氣壓力為101.325kPa、大氣相對(duì)濕度為60%。

　　2 直接加熱法

　　直接加熱法就是將脫硫后45～55℃的濕煙氣加熱到70～80℃再排放。主要有:

　　(1)利用鍋爐二次風(fēng)加熱凈煙氣;

　　(2)利用原煙氣加熱凈煙氣(回轉(zhuǎn)式氣氣換熱器、管式氣氣換熱器);

　　(3)在煙囪底部利用清潔燃料來加熱凈煙氣。

　　我國目前主要采用原煙氣加熱凈煙氣，而且要是管式氣氣換熱器。由于回轉(zhuǎn)式氣氣換熱器不可能完全密封，臟煙氣側(cè)會(huì)向凈煙氣側(cè)泄漏粉塵和SO2，不符合目前超低排放的要求，而且運(yùn)行中存在嚴(yán)重的腐蝕、堵塞問題，影響機(jī)組的可用率，已基本放棄。

　　脫硫后的濕煙氣要再加熱到多高的溫度才能消除“白色煙羽”，不僅與環(huán)境空氣的溫度和濕度密切相關(guān)，而且與脫硫塔出口的濕煙氣溫度也密切相關(guān)。對(duì)于50℃的濕煙氣，在10℃的環(huán)境溫度下只要加熱到71.4℃以上就可消除“白色煙羽”，而在5℃的環(huán)境溫度下則需要加熱到86.2℃以上。對(duì)于脫硫塔出口溫度較高的濕煙氣，則需要再加熱的溫度更高一些。例如，在10℃的環(huán)境溫度下，對(duì)于45℃的濕煙氣只要加熱到57.9℃以上就能消除“白色煙羽”，而對(duì)于55℃的濕煙氣，則需要加熱到87.9℃以上才能達(dá)到目的。

　　如圖2所示，將脫硫塔出口飽和濕煙氣從A狀態(tài)加熱到A1狀態(tài)后，A1B1與飽和濕度曲線不再相交，表明當(dāng)環(huán)境溫度為B1(30℃)時(shí)，不會(huì)有“白色煙羽”產(chǎn)生;而A1B2與飽和濕度曲線還是相交，表明當(dāng)環(huán)境溫度為B2(15℃)，溫度較低時(shí)，仍然有“白色煙羽”產(chǎn)生，但是“白色煙羽”長度已經(jīng)縮短。因此，在較低的環(huán)境溫度下，要完全消除“白色煙羽”，還要將濕煙氣加熱到更高的溫度，直到最后的狀態(tài)點(diǎn)與環(huán)境溫度點(diǎn)的連線不再與飽和濕度曲線相交。

　　將脫硫塔出口的濕飽和煙氣直接加熱到一定溫度后再排放能夠消除“白色煙羽”，但是會(huì)增加發(fā)電機(jī)組的能耗。

　　3 先冷凝再加熱法

　　如圖3所示，A點(diǎn)濕煙氣的初始溫度為55℃，C點(diǎn)環(huán)境溫度為20℃。如果采用直接加熱法，需要將A點(diǎn)的濕煙氣加熱到A1點(diǎn)的72℃以上才能消除“白色煙羽”，溫差為17℃;而如果先將A點(diǎn)濕煙氣冷凝到B點(diǎn)(50℃)除去濕煙氣中的部分水分，然后再從B點(diǎn)加熱到B1點(diǎn)(60℃)，能消除“白色煙羽”，而其溫差僅為10℃。通過這種先冷凝再加熱濕煙氣的方法，一方面可以在冷凝過程中回收濕煙氣冷凝放熱量和凝結(jié)下來的水;另一方面由于冷凝后濕煙氣需要再加熱的溫度降低，而且水分析出后濕煙氣的定壓比熱降低，因此冷凝后濕煙氣需要再加熱的熱量大為減少。

　　這里以某超臨界600MW機(jī)組為例來分析計(jì)算先冷凝再加熱工藝的能耗情況。假定脫硫塔出口濕煙氣溫度為55℃，利用凝結(jié)水將其冷凝到50℃，加熱后的凝結(jié)水回到#8低壓加熱器的出口。

　　超臨界600MW機(jī)組額定工況下，脫硫塔出口濕煙氣量約為2200t/h，而標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下55℃、50℃飽和濕煙氣的含濕量分別約為114.6g/kg(煙氣)和86.4g/kg(煙氣)，濕煙氣比熱約為1.1kJ/kg˙K。因此，濕煙氣從55℃冷凝到50℃，凝結(jié)水的速率約為62.11t/h，放熱量速率約為159.4GJ/h(包含部分潛熱放熱);而假定環(huán)境溫度為20℃，為消除“白色煙羽”將冷凝后的濕煙氣通過管式氣氣換熱器加熱到60℃每需要的熱量僅為35.3GJ。而直接加熱法將55℃的濕煙氣加熱到72℃每小時(shí)需要的熱量為53.2GJ。因此，通過先冷凝再加熱工藝，不僅每小時(shí)可回收62.11t的水和159.4GJ的余熱，而且每小時(shí)還可節(jié)約17.9GJ的能耗。盡管這些余熱由于溫度較低，做功能力不強(qiáng)，但是可以彌補(bǔ)因煙氣冷凝而增加的風(fēng)機(jī)損耗;回收的冷凝水則可以加以綜合利用。因此，對(duì)脫硫塔出口濕煙氣先冷凝再加熱不失為一種“白色煙羽”的節(jié)能治理模式。

　　4 結(jié)束語

　　“白色煙羽”雖然對(duì)環(huán)境質(zhì)量沒有影響，但是影響環(huán)境感觀，需要加以治理。目前主要采取直接加熱法來消除“白色煙羽”，這會(huì)增加機(jī)組的能耗。而通過先冷凝再加熱的處理工藝，不僅能回收部分余熱來彌補(bǔ)機(jī)組能耗，而且能夠回收一些冷凝水加以綜合利用，不失為一種節(jié)能型的“白色煙羽”治理模式。