燃煤电厂烟气脱白技术研究

自2017年中以来，许多地方发布了地方标准和政策要求，明确规定了治理白烟羽毛的具体指标和完成时间，如2017年6月6日《上海燃煤电厂石膏雨及有色烟羽毛试验技术要求（试行）》“有色烟羽污染是近年来上海关注的环境影响因素。适宜的环境条件：场地地面环境湿度低于60%，温度高于17%℃。”2017年8月28日，浙江省《燃煤电厂大气污染物排放标准》（征求意见稿）要求“城市和环境空气敏感区的燃煤电厂应采取有效措施，消除石膏雨、白烟现象。”未明确指出其他相关指标；2018年3月《唐山市2018年3月》“十项重点工作”工作任务：指出生态环境保护工作“2018年完成17家燃煤电厂(含自备电厂、煤炭等能源混烧电厂)湿法脱硫烟气“脱白”治理”。地方政府出台的消除白烟政策表明，消除烟囱排放白烟已成为未来发电企业亟待解决的问题。

烟羽的形成

发电厂烟囱排放的烟气外观为羽毛状，因此得名“烟羽”。烟气在烟囱口排入大气的过程中，由于温度降低，烟气中的一些气态水和污染物会凝结，烟囱口会形成雾状水蒸气。由于天空背景和天空光线，雾状水蒸气会观察角度和SO3.气溶胶发生光化学反应等原因，颜色发生细微变化，形成“有色烟羽”。通常是白色、灰白色或浅蓝色。

取消湿法脱硫燃煤发电机组GGH(烟气再热系统)后，烟囱排烟温度为45-60℃在此之间，处于湿饱和状态。脱硫除雾器不能有效去除烟气中小于22μm雾滴，雾化石灰石浆碰撞后产生少量直径15μm因此，烟气中不可避免地携带石膏浆。简单的白色/有色烟羽现象只是水蒸气凝结后形成的现象，对环境影响不大，相当于冷却塔出口的雾气；有害的是烟气中携带的各种气体、气体、水分和细小烟尘凝结的气溶胶。SO₃硫酸气溶胶在大气中形成PM2.5、导致雾霾加重。如果形成石膏雨，会对周围居民的生活和电厂的生活产生不良影响。

影响烟羽的因素

环境温度是影响烟羽形态的重要因素

随着环境温度的降低，烟羽长度呈指数级增长，说明环境温度越低，湿烟羽处理难度越大，如图1所示。

                                               图1环境温度对白烟长度的影响

环境相对湿度也是烟羽的影响因素之一

当环境相对湿度较高时，湿烟羽中的水分难以及时扩散，湿烟羽长度指数关系急剧增加，烟羽影响范围增加，湿烟羽处理难度增加，如图2所示。

                        图2环境湿度对白烟长度的影响

烟气脱白技术路线

高温烟气在进入吸收塔前处于不饱和状态。进入吸收塔后，烟气与浆液不仅在接触过程中发生化学反应，还伴随着混合传热过程。烟气冷却释放热量，将浆液中的水分蒸发成水蒸气吸收热量。随着传热过程的继续，烟气中的水蒸气含量增加，直到出口烟气温度接近饱和。因此，吸收塔入口处的烟气温度越高，释放的热量越多，浆料的热吸收产生的水蒸气越多。烟气蒸发水量直接关系到量、出口烟气温和含水量直接相关。

如图3所示，曲线左侧为烟气过饱和状态，即白烟产生区；右侧为烟气不饱和状态，即无白烟区[4]。吸收塔净化后，烟气为饱和湿烟气（或近似饱和），此时状态位于曲线上。在烟气温度持续下降的过程中，湿度缓慢下降，其含湿量始终处于过饱和状态，冷凝液不断产生，对应曲线左侧的过饱和区。当烟气温度逐渐降至环境温度，含湿量降至环境温度饱和状态以下，处于非饱和状态时，白色烟羽消失。

                    图3硫塔出口烟气湿度及温度变化曲线

烟气加热

⑴回转式GGH通过转子中的传热元件在原烟气中吸收热量，在净烟气中释放热量，通过转子缓慢连续旋转，传热元件交替吸收，释放热量，实现净烟气的加热。由于技术投资高，阻力大(约1000到15000Pa）；增加煤耗约0.5到1.0/(kWh)；不能控制GGH进出口烟气温度；烟气热量在高负荷下浪费较多；泄漏率约为1%。SO2超低排放影响大；漏风率高，原烟气SO2浓度高，影响SO2达标排放，冬季气温低时不能消除大白烟。

⑵管式GGH从除尘器出口到吸收塔的高温烟气(130℃-150℃）加热脱硫后的净烟气。净烟气通常加热到80%℃大约，然后排放。由于技术投资高，阻力大(约500-6000Pa）；增加煤耗约0.6/(kWh)；不能控制GGH进出口烟气温度；高负荷烟气热浪费较多；塑料换热管和烟道接口泄漏，密封需要特殊设计，否则0.冬季气温低时，4%的漏风率不能消除大白烟。

⑶MGGH,日本三菱开发的湿式石灰石-石膏烟气脱硫工艺采用无泄漏管式水媒加热器（MGGH）也就是说，原烟气加热水，然后用加热水加热脱硫后的净烟气。该技术不存在烟气泄漏问题，技术成熟，应用性能多，但投资高，阻力大（约800-1000Pa）；增加煤耗约0.8到1g/(kWh)，应采用合理的材料和设计方法，防止磨损和腐蚀。部分热量可通过系统优化设计有效利用；低负荷需要配套蒸汽加热装置；冬季低温不能消除白烟，不建议采用该技术。

烟气混合

⑴热二次风混合加热，由于技术阻力小，投资成本低；二次风量增加10%至20%；锅炉效率下降00.煤耗增加15%左右.5～2g/(kW·h)；热二次风会携带部分烟尘，增加净烟气粉尘浓度，影响烟尘排放和锅炉效率。

⑵燃气直接加热，运行成本高；会增加烟气中的污染物，影响烟尘等污染物的排放，运行成本高。

烟气冷凝

⑴喷淋降温+除雾。该技术的喷水会携带污染物，不应直接排放，需要循环冷却，冷却范围小时，美白效果不明显，不建议使用该技术。

⑵冷凝换热器，烟气在换热器入口处处于过热状态，随着烟气温度的降低，当靠近墙面的烟气局部温度低于烟气中水蒸气饱和温度的露点温度时，水蒸气因过饱和而凝结在墙上。冷凝液滴不断聚集，最终在墙上形成一层液滴，聚集在提水收集器中。该技术需要冷却范围大，冷却范围小时，美白效果不明显。

冷凝换热器+烟气再热

该技术适用范围最广。首先冷凝除湿净烟气，降低烟气中水分的比例。然后适当加热烟气的小温度，然后送到烟囱排放。加热方法可以选择GGH或者MGGH，该技术需要循环冷却来节省大量的水；烟气加热范围较低，尤其是在冬季；可完全消除白烟现象。

新蓝能源烟气脱白技术

一般采用燃煤电厂MGGH消白工艺路线，即冷凝再加热烟气脱白，MGGH该系统以水为媒介，通过水循环吸收脱硫前高温烟气的热量，加热脱硫后的净烟气，提高烟气温度，提高烟气排放高度，降低污染物落地浓度。MGGH系统由烟气冷却器和烟气再热器组成，配有循环泵和相应的水管。系统还配备了稳压、加药、补水装置，确保系统安全稳定运行。

结束语

烟气除白技术建议采用冷凝再加热的烟气除白技术路线将是未来消除有色烟羽的首选技术路线。在满足环保指标的前提下，满足场地和经济限制，合理选择烟气除白技术对电厂具有重要意义。