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| 濕法脫硫煙囪“白煙”的形成機(jī)理及控制技術(shù) |
| 2021-4-16 閱讀次數(shù)：[862] |
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濕法脫硫煙囪“白煙”的形成機(jī)理及控制技術(shù)
采用濕法脫硫的燃煤電廠“白煙”的形成機(jī)理 及控制技術(shù)
1 前言
石灰石濕法脫硫目前是燃煤電廠廣泛應(yīng)用的煙氣脫硫技術(shù)，基于環(huán)保要求及成本的綜合考慮，燃煤電廠在進(jìn)行脫硫系統(tǒng)基建或技改時，采用濕排技術(shù)，即取消了GGH設(shè)備，煙囪進(jìn)行防腐。隨著國家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)厲，燃煤電廠的煙氣排放政策要求也越來越高。煙囪“消白”也逐漸成為火電企業(yè)面臨的新的環(huán)保問題。
2 “白煙”現(xiàn)象及地方環(huán)保政策
《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）對火電廠煙塵、二氧化硫、氮氧化物及汞排放等指標(biāo)做出了明確要求。燃煤電廠在進(jìn)行超低排放改造后，在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下，多采用濕煙囪排放方式，運行中電廠煙囪出現(xiàn)“冒白煙”現(xiàn)象。眼觀煙囪有大量水汽排出，有時還會因天空背景色和天空光照以及觀察角度不同，出現(xiàn)藍(lán)煙或黃煙現(xiàn)象。
這種煙囪“冒白煙”現(xiàn)象引起公眾對電廠環(huán)境保護(hù)工作的質(zhì)疑，認(rèn)為影響環(huán)境感觀，有時甚至?xí)徽`認(rèn)為有毒、有害廢氣，對電廠周圍居民生活造成一定的困擾，群眾也提出了治理訴求。河南、河北、上海、山東、浙江等省陸續(xù)發(fā)布了燃煤電廠大氣污染物地方標(biāo)準(zhǔn)，將“超低排放”寫入了排放限值。其中上海、天津、浙江、邯鄲、唐山等地方已經(jīng)對“石膏雨”、冒白煙的濕“煙羽”控制提出了要求，C臺了相關(guān)政策及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如上海市環(huán)保局2017年印發(fā)了《上海市燃煤電廠石膏雨和有色煙羽測試技術(shù)要求（試行）》，規(guī)范上海地區(qū)燃煤電廠環(huán)保設(shè)施運行，并認(rèn)為“燃煤電廠石膏雨和有色煙羽污染是近年來上海地區(qū)關(guān)注的環(huán)境影響因子”。浙江杭州近日也發(fā)布了《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿），對新建及現(xiàn)有各類鍋爐的顆粒物、SO2、SO3、氮氧化物、氨、霧滴等提出了具體排放濃度限值，S次提出將SO3、氨、霧滴項目等列入煙氣排放限值要求。
3 燃煤電廠“白煙”形成機(jī)理
3.1“白煙”現(xiàn)象形成原因
燃煤電廠排放煙氣在煙囪口排入大氣的過程中因溫度降低，煙氣中部分汽態(tài)水和污染物會發(fā)生凝結(jié)，在煙囪口形成霧狀水汽，霧狀水汽會因天空背景色和天空光照、觀察角度等原因發(fā)生顏色的細(xì)微變化，形成“白煙”，通常為白色、灰白色，甚至出現(xiàn)藍(lán)色等。
3.2“白煙”形成機(jī)理
濕法脫硫系統(tǒng)在脫硫過程中，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，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凝結(jié)成小液滴形成“白煙”。
溫濕圖上煙氣狀態(tài)變化（上圖）
上圖為相對濕度為100的空氣中含濕量隨溫度的變化趨勢曲線，A點為排放濕煙氣的初始狀態(tài)，B點、C點為不同的環(huán)境空氣狀態(tài)，AB，AC分別與飽和濕度曲線相交于B1，C1點。濕煙氣從煙囪口排出后是否會出現(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點在圖1溫濕圖上煙氣狀態(tài)變化位置)有關(guān)。A點狀態(tài)的濕煙氣從煙囪口排出后，沿飽和濕度曲線變化到B1點，在這個過程中濕煙氣中的水分凝結(jié)成小液滴，也即形成“白煙”，然后由B1點沿直線變化到環(huán)境狀態(tài)B點，在這個過程中“白煙”消失。由A點變化到環(huán)境溫度更低的C點的過程也類似，只不過“白煙”的長度更長。因此，只要濕煙氣初始狀態(tài)點與環(huán)境狀態(tài)點的連線與飽和濕度曲線相交，就會產(chǎn)生“白煙”。并且環(huán)境溫度越低、濕度越大“白煙”越長。大氣環(huán)境因素中，環(huán)境溫度、相對濕度、大氣壓力都對“白煙”的形成有影響，其中環(huán)境溫度的影響Z大，環(huán)境溫度越低，越易形成“白煙”。
另外，除了“白煙”外，煙囪排煙還會出現(xiàn)藍(lán)色/黃煙的煙羽，主要原因是硫酸霧滴的存在。煙囪排出的煙氣中含有硫酸的氣溶膠，硫酸氣溶膠的粒徑非常小， 對光線產(chǎn)生散射。由于顆粒的尺寸和可見光的波長接近，因此屬于瑞利散射，瑞利散射的特點是散射光的強(qiáng)度與波長的四次方成反比，因此短波的藍(lán)色光線散射要比長波的紅色光線強(qiáng)許多，Z終使得煙囪在陽光照射的反射側(cè)，排煙的煙羽呈現(xiàn)藍(lán)色，而在煙羽的另一側(cè)（透射側(cè)）呈現(xiàn)黃褐色。在大多數(shù)情況下，當(dāng)煙氣中硫酸氣溶膠的濃度超過10－20ppm時，會出現(xiàn)可見的藍(lán)色煙羽，且硫酸氣溶膠的濃度越高，煙羽的顏色越濃、煙羽的長度也越長，嚴(yán)重時甚至可以落地。
4 “白煙”的影響
對電廠生產(chǎn)的影響。多數(shù)燃煤電廠在經(jīng)過超低排放改造后，石膏雨現(xiàn)象有所H解，然而隨著環(huán)境形勢的日益嚴(yán)峻，“白煙”現(xiàn)象也被認(rèn)為是形成霧霾的因子而受到公眾的質(zhì)疑，“白煙”治理的呼聲也越來越高，對電廠的生產(chǎn)、環(huán)保帶來了很大的壓力。
對環(huán)境的影響。目前燃煤煙氣中所排放的酸性煙霧對人類健康影響的研究尚不夠深入。有文獻(xiàn)指出，當(dāng)SO3和H2SO4氣溶膠與下沉煙羽結(jié)合在一起時，煙囪附近的環(huán)境污染濃度明顯提高，結(jié)合氣象條件和運行工況，在煙囪鄰近區(qū)域會出現(xiàn)酸霧，如這種酸霧持續(xù)時間較長，則會損害建筑物和植被。
5 “白煙”的控制技術(shù)
5.1加強(qiáng)燃煤的管理
燃煤硫分是SO2/SO3形成的主要來源，因此，加強(qiáng)燃煤的管理，燃用低硫分煤種、加強(qiáng)配煤摻燒管理，可以Y效降低硫化物的生成。
5.2脫硝催化劑配比的調(diào)整
現(xiàn)在電廠脫硝系統(tǒng)SCR中大多采用以TiO2為載體的催化劑，成分中TiO2具有較強(qiáng)的抗SO2性能，WO3有助于Y制SO3的生成，但V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3能 C進(jìn)SO2向SO3的轉(zhuǎn)化。此外，SO2/SO3的轉(zhuǎn)換率還與SCR的面積速度即煙氣流速,與催化劑的表面積之比有關(guān)，面積速度越大，SO2/SO3的轉(zhuǎn)換率越小。因此，合理調(diào)整煙氣流速和催化劑的表面積的配比，適度減小催化劑的壁厚，在不影響脫硝效果的條件下，可Y效控制脫硝階段的SO3的生成。
5.3 濕式靜電除塵器技術(shù)
濕式電除塵器（WESP）和與干式電除塵器的收塵原理相同，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達(dá)集塵板/管，通過定期沖洗的方式，使粉塵隨著沖刷液的流動而Q除，脫硫煙氣經(jīng)過WESP后經(jīng)煙囪排入大氣。
WESP可Y效收集微細(xì)顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、Y機(jī)污染物(多環(huán)芳烴、二惡英)等。使用濕式電除塵器后含濕煙氣中的煙塵排放可達(dá)10mg/Nm3甚至5mg/Nm3以下，其對SO3的脫除率可達(dá)95，煙羽的濁度幾乎為零，收塵性能與粉塵特性無關(guān)。而且WESP還具有壓力損失小、操作簡單、無運動部件、無二次揚塵、維護(hù)費用低、生產(chǎn)停工期短、可工作于煙氣L點溫度以下、由于結(jié)構(gòu)緊湊而可與其它煙氣治理設(shè)備相互結(jié)合、設(shè)計形式多樣化等優(yōu)點。
但是WESP設(shè)備投資運行費用較高、設(shè)備龐大、占地大，水蒸氣X除效果不明顯，且需與其它除塵設(shè)備配套使用，其投資技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和運行成本需要從整體進(jìn)行評價。
5.4管束式除霧器
管束式除塵器應(yīng)用于濕法脫硫塔飽和凈煙氣攜帶的霧滴和塵的脫除凈化。使吸收塔出口塵排放值不大于5mg/Nm3，霧滴排放值不大于25mg/Nm3。其工作原理是利用凝聚、捕悉和湮滅的原理，在煙氣高速湍流、劇烈混合、旋轉(zhuǎn)運動的過程中，將煙氣中攜帶的霧滴和粉塵顆粒脫除。凝聚指煙氣中夾雜的細(xì)小的液體顆粒相互之間碰撞而凝聚成較大的顆粒后沉降下來;捕悉指細(xì)小的液體顆粒跟隨氣體與湍流器中的持液層充分接觸后，被液體捕悉實現(xiàn)分離;湮滅指細(xì)小的液體顆粒與被拋灑至湍流器的表面時，形成附著液膜從而在煙氣中脫離出來;這三種運動過程同時將夾雜在液滴其中的塵除去。
管束式除塵除霧器占用空間小、運行阻力低，利于新建項目和在運機(jī)組的超低排放改造項目，配套凈煙氣再熱技術(shù)的使用，對燃煤電廠“白煙”的治理提供了一種Y效的解決方案。
6 結(jié)束語
隨著公眾對霧霾形成的關(guān)注，以及國家環(huán)保部門對煙氣排放新政策的C臺，電廠“白煙”治理已逐漸成為一種必然趨勢。
燃煤電廠在經(jīng)過超低排放改造后，對“白煙”治理技術(shù)，更希望具有初投資省、占地少，操作簡單、運行穩(wěn)定且成本低的特點。在燃煤電廠煙氣S度除塵除霧技術(shù)上，管束式除霧器技術(shù)應(yīng)用市場逐步擴(kuò)大。對在用技術(shù)進(jìn)行升級改進(jìn)，輔以凈煙氣再熱技術(shù)的綜合應(yīng)用，電廠“白煙”定能得到C底的治理。 |
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