燃煤电厂湿烟羽治理技术研究

发布日期：2022-09-03　浏览次数：23

摘要:我国多数燃煤电厂湿法烟气脱硫工艺饱和湿烟气直接排放,形成可视湿烟羽。当下已有许多环保节能技术对湿烟羽治理有明显效果,但技术指标尚未结合湿烟羽治理来制订。湿烟羽治理技术可归纳为三大类:加热类、冷凝类、冷凝再热类。对各类技术的特点及其在湿烟羽治理中的适应性进行了研究,并结合湿烟羽形成和消散机理探索了三类技术在不同环境温度、环境湿度条件下的适用范围。

0引言

目前我国燃煤电厂脱硫设施90%以上机组均采用石灰石一石膏湿法脱硫工艺，随着全国燃煤烟气超低排放扩围提速，为满足超低排放限值要求，其中大部分脱硫装置未设置GGH。饱和湿烟气从烟囱排出与温度较低的环境空气混合降温，其中水蒸汽过饱和凝结，对光线产生折射、散射，使烟羽呈现出白色或者灰色的“湿烟羽”(俗称“大白烟”)。湿烟羽现象削弱了公众对环境保护工作的“获得感”，一些燃煤电厂附近群众对湿烟羽的治理提出了相关诉求，也有某些地方政府部门对燃煤电厂湿烟羽控制提出了要求。

1湿烟羽形成机理

目前国内绝大多数燃煤电厂的烟气在排放前都进行了湿法脱硫，温度降至45~C一55~C，此时的烟气通常是饱和湿烟气，烟气中含有大量水蒸汽。如果烟气由烟囱直接排出，进入温度较低的环境空气，由于环境空气的饱和比湿较低，在烟气温度降低过程中，烟气中的水蒸汽会凝结形成湿烟羽。湿烟羽的形成机理如图1所示。图1中的曲线为湿空气的饱和曲线，假设湿烟气在烟囱出口处的状态位于A点，而环境空气的状态位于F点，烟气在离开烟囱时处于未饱和状态。湿烟气与环境空气}昆合过程开始沿AB线变化，达到B点后烟气变为饱和湿烟气，此后湿空气与环境空气的混合沿着曲线BDE变化，而多余的水蒸汽将凝结成液态小水滴，形成湿烟羽。

2湿烟羽主要治理技术

根据湿烟羽形成及消散的机理，可将现有的对湿烟羽有治理效果的技术归纳为烟气加热技术、烟气冷凝技术、烟气冷凝再热技术。目前电力行业内已有投运的烟气冷凝和烟气冷凝再热技术，大多数并非针对湿烟羽的治理，主要目的是减排、收水、节水。其技术指标尚未结合湿烟羽的消除来制定，但在客观上还是起到了湿烟羽治理的效果。

一些燃煤电厂所采用湿式电除尘器、烟道除雾器、声波除雾、烟囱收水环和除雾器等技术虽可去除烟气的凝结水，但由于烟气凝结水在烟气中水汽的占比十分有限(不到1‰)，因此去除烟气的凝结水只能减轻“湿烟羽”，不能有效消除湿烟羽，本文不做深入研究。此外，还有采用冷却塔排放的方式可以实现湿烟羽治理，但更适用于新建机组，不适合现役机组改造，本文亦不对此深究。

以下按技术原理分类对烟气加热技术、烟气冷凝技术、烟气冷凝再热技术进行阐述。

3烟气加热技术

烟气加热技术是对脱硫出口的湿饱和烟气进行加热，使得烟气相对湿度远离饱和湿度曲线。湿烟羽消除机理如图2所示，湿烟气初始状态位于A点，经过加热后按AB升温，再沿BC掺混、冷却至环境状态点C，整个ABC变化过程均与饱和湿度曲线不相交，因此不产生湿烟羽。

目前在役的加热技术按换热方式分为两大类:即间接换热与直接换热。间接换热的主要代表技术有:回转式GGH、管式GGH、热管式GGH、MGGH、蒸汽加热器等¨¨。直接换热的主要代表技术有:热二次风混合加热、燃气直接加热、热空气混合加热等。各加热技术若按实现湿烟羽治理的同等技术指标，其主要技术经济对比情况如表1所示。

直接加热的技术虽一次投资较低，但因其热源并非利用烟气余热，运行费用太高，作为湿烟羽治理的手段代价过大，在实际应用当中案例也极少。间接加热技术中，回转式GGH与管式GGH均有不同程度漏风¨，在中国燃煤电厂超低排放的大环境条件下，作为湿烟羽治理手段，其应用也受到限制。热管式GGH大型化后，将使吹灰器布置有一定难度，且加大了占地面积引，在大机组上暂无应用。蒸汽加热的方式同样因热源问题能耗过高。因此，结合时下烟气超低排放及节能的要求，MGGH若作为湿烟羽治理的手段之一，具有最广阔的应用前景。

4烟气冷凝技术

烟气冷凝技术是对脱硫出口的湿饱和烟气进行冷却，使得烟气沿着饱和湿度曲线降温，在降温过程中含湿量大幅下降。湿烟羽消除机理如图3所示。湿烟气初始状态位于A点，经过降温后按AF冷凝，再沿Fc掺混、冷却至环境状态点C，FC变化过程与饱和湿度曲线不相交，因此不产生湿烟羽。

燃煤电厂目前已有烟气冷凝的主要代表技术有:相变凝聚器、冷凝析水器、脱硫零补水系统、烟气余热回收与减排一体化系统等，其特点如表2所示。从这些技术命名可以看出其功能主要考虑的是减排、收水、节能等，在原理上来说，各类技术都是对脱硫后净烟气进行降温，符合了图3的机理，这些技术已在实际应用当中起到了湿烟羽治理的效果。

冷凝技术按换热方式主要分为两大类:间接换热和直接换热。直接换热主要采用新建喷淋塔作为换热设备，有一定占地要求，冷媒与净烟气直接接触，换热效率高，但需要对冷媒水系统进行补充加药控制PH值，系统较复杂。间接换热多采用管式换热器作为换热设备，冷媒与净烟气不直接接触，系统较简单。

根据冷源的不同冷凝技术又分为:水冷源、空气冷源和其他人工冷源。其中水冷源所构成的循环水系统最为简单，仅配置泵和循环管路，通常是开式循环。运行费用最低、占地小。采用空气冷源的系统通常循环水系统中需配置冷却塔，系统较水冷要复杂、占地大，新增的冷却塔会在靠近地面成为新的白烟生成源。其他人工冷源，如热泵，占地面积大，能耗高(以蒸汽溴化锂热泵为例，每交换1MJ热量需要消耗0.7MJ蒸汽)。以环境空气、江河海水作为冷源的系统，其冷源的品质受季节影响较为明显，以华东地区为例，冬季和夏季环境温度相差20-30度，因此同一套系统不同季节的冷凝效果会有较大差别。

烟气冷凝技术对脱硫后湿烟气冷却，使得烟气中大量的气态水冷凝为液滴，在此过程中能够捕捉微细颗粒物¨、SO等多种污染物。因此，烟气冷凝技术作为湿烟羽治理的手段，不仅能够对白烟消除有良好效果，还可以实现烟气多污染物联合脱除，冷凝水可作为脱硫补水使用。

5烟气冷凝再热技术

烟气冷凝再热技术是前述两种方式组合使用。它的湿烟羽消除机理如图4所示，湿烟气初始状态位于A点，经过降温后按AD冷凝，再沿DE加热，然后沿EC掺混、冷却至环境状态点C，EC变化过程与饱和湿度曲线不相交，因此不产生湿烟羽。湿烟羽的消散机理显示，环境湿度、环境温度对湿烟羽的形成及规模有较大影响¨。理论上，在给定的环境温湿度条件下，若不计代价，加热技术和冷凝技术都能实现湿烟羽的消除(加热温度足够高，冷凝温度足够低)，但根据燃煤电厂的实际情况，从经济性出发，单纯的加热和冷凝方式都有各自的限制，加热受到原烟气烟温条件的限制，冷凝受到环境空气、水温度的限制。在此条件下若采用冷凝再热技术，将加热和冷凝结合起来使用，则可扩大系统湿烟羽消除对环境温湿度的适应范围。