燃煤電站煙囪排放有色煙羽現(xiàn)象研究

郭靜娟

(中國大唐集團科學技術(shù)研究院有限公司西北分公司，西安 710065)

燃煤電站煙囪排放有色煙羽現(xiàn)象研究

郭靜娟

(中國大唐集團科學技術(shù)研究院有限公司西北分公司，西安 710065)

闡述了燃煤電站煙囪排放的有色煙羽(主要是藍煙、黃煙等)的產(chǎn)生機制，分析了不同燃煤機組的運行工況、改造工藝等因素對有色煙羽的影響，結(jié)合現(xiàn)有的工藝及超低排放改造技術(shù)，提出了減輕有色煙羽現(xiàn)象的措施。

燃煤電站；有色煙羽；污染；氣溶膠

1 燃煤電站有色煙羽現(xiàn)象

為降低煙氣排放污染物對環(huán)境的污染，燃煤電站先后建設(shè)脫硫、除塵、脫硝、脫汞等環(huán)保設(shè)施。但在安裝環(huán)保設(shè)施，尤其是加裝脫硝裝置、電除塵器改為高效電源、拆除脫硫系統(tǒng)煙氣換熱器(GGH)或燃燒高硫煤時，煙囪排煙出現(xiàn)了不同程度的有色煙羽[1-3]，造成嚴重的視覺污染，給周邊生活的群眾帶來了較多顧慮，更給電廠環(huán)保工作帶來一定的壓力。

2 燃煤電站有色煙羽產(chǎn)生機制

脫硫后的煙氣之所以會呈現(xiàn)藍煙或黃煙，是因為煤在燃燒過程中產(chǎn)生了較多的SO2，SO3和NOx等污染物，與水分及細微的煙塵顆粒物凝聚成一種粒徑與藍光、黃光波長相當?shù)臍馊苣z細顆粒物，被與其光波相當?shù)募氼w粒所散射[4]。煙羽拖尾越長，意味著細顆粒質(zhì)量濃度越高。煙羽的色度主要受煙氣中可凝結(jié)物和亞微米顆粒質(zhì)量濃度的影響。有色煙羽的產(chǎn)生應(yīng)具備污染物條件和氣象條件。

2.1 污染物條件

大多數(shù)情況下，濕法脫硫后煙氣中存在SO3，形成的硫酸氣溶膠的質(zhì)量濃度超過71.4 mg/m3時，會出現(xiàn)可見的藍色煙羽，硫酸氣溶膠的質(zhì)量濃度越高，煙羽顏色越濃、長度也越長；同時，硫酸氣溶膠會在大氣中形成細顆粒物(PM2.5)，導致霧霾加重[5]。當煙氣中存在大量的NO2時，NO2在光照條件下發(fā)生光化學反應(yīng)，造成O3的累積，O3本身呈現(xiàn)藍色，且具有強氧化性，將煙氣中的SO2氧化為SO3，導致硫酸氣溶膠的生成；同時，煙氣中NO2與H2O發(fā)生反應(yīng)，生成硝酸氣溶膠。

2.2 氣象條件

氣象條件也是造成燃煤電站有色煙羽現(xiàn)象的主要條件之一。當污染物所在大氣區(qū)域結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、風速較低、大氣擴散性能較差時，易造成污染物的積累；太陽輻射強度大，引發(fā)O3產(chǎn)生率高，且存在逆溫現(xiàn)象，就會導致煙囪排放有色煙羽。

3 有色煙羽產(chǎn)生原因分析

3.1 燃燒高硫煤

從表1和圖1可以看出，#1機組煙氣中SO2質(zhì)量濃度最高，煙囪排放的SO2質(zhì)量濃度最高，藍煙現(xiàn)象最為明顯；#2機組煙氣中SO2質(zhì)量濃度次之，藍煙現(xiàn)象居中；#3機組煙氣中SO2質(zhì)量濃度最低，藍煙現(xiàn)象較其他兩臺機組輕：所以，煙氣中SO2質(zhì)量濃度越高(即燃煤含硫量越高)，煙囪排放煙羽顏色越明顯。

表1 不同機組污染物統(tǒng)計數(shù)據(jù)

3.2 脫硝裝置催化劑與電除塵放電影響

火電機組SCR脫硝催化劑V2O5/TiO2在催化還原NOx的同時會使一部分SO2氧化生成SO3，電除塵器放電使一部分SO2氧化生成SO3，提高了煙氣中SO3(包括H2SO4)的生成量和排放量。當煙囪出口SO3(包括H2SO4)排放質(zhì)量濃度超過35 mg/m3時[5]，就會出現(xiàn)明顯的藍色或黃色煙羽。

圖1 3臺機組煙囪排放煙羽情況

機組脫硝系統(tǒng)運行中過量噴氨時，NH3，H2O與SO3發(fā)生化學反應(yīng)后會生成極細的亞微米級(NH4)2SO4，極易造成有色煙羽現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.3 煙氣換熱器(GGH)拆除

在“一國兩制”背景之下香港華人企業(yè)家傳統(tǒng)的族群網(wǎng)絡(luò)、地緣關(guān)系、華僑網(wǎng)絡(luò)依然發(fā)揮作用。香港跨界華人企業(yè)家進一步加強了與中國大陸和香港各級政府的政治聯(lián)系。他們的組織網(wǎng)絡(luò)與關(guān)系從單一的商界領(lǐng)域拓展到大中華地區(qū)更加廣泛的專業(yè)、文化、慈善與政治領(lǐng)域。他們的政治經(jīng)濟參與層面從香港地方層面拓展到中國國家層面乃至國際層面。他們改變了自身企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系模式，逐步從傳統(tǒng)的家族企業(yè)向現(xiàn)代專業(yè)公司治理轉(zhuǎn)型。作為跨界企業(yè)家他們逐步從代工工廠轉(zhuǎn)型成涉足先進制造業(yè)、知識服務(wù)業(yè)與房地產(chǎn)投資的多元化跨國集團。

GGH拆除后，煙氣含濕量增加，水分的存在加強了SO3氣溶膠的凝結(jié)，細微顆粒物質(zhì)量濃度增加，導致有色煙羽現(xiàn)象加劇。

3.4 氣象條件

每年11，12，1，2月光照強度弱，有色煙羽現(xiàn)象較為緩和；夏、秋季光照較強時，煙氣擴散能力弱，有色煙羽現(xiàn)象明顯。

4 解決措施

消除有色煙羽是一個綜合治理的過程，應(yīng)從以下方面著手：(1)控制煙氣SO3的生成及排放，降低其排放水平(SO3質(zhì)量濃度低于35.7 mg/m3)，控制NOx的排放并合理噴氨；(2)去除亞微米顆粒和酸霧，減少酸性氣溶膠的產(chǎn)生。

4.1 噴堿性物質(zhì)

向爐膛內(nèi)、選擇性催化還原(SCR)裝置后或空氣預熱器前噴入氧化鈣、氧化鎂等堿性吸收劑，降低煙氣中SO3的質(zhì)量濃度，消除煙囪有色煙羽現(xiàn)象。堿性物質(zhì)不同噴射位置如圖2所示。

圖2 堿性物質(zhì)不同噴射位置

4.2 采用新型脫硝催化劑

采用調(diào)整釩、鎢等元素配比的新型催化劑，在保證脫硝效果的同時，減低SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率。

4.3 混煤摻燒

采取煤質(zhì)混燒的措施，降低燃煤硫分，減少煙氣中SO2質(zhì)量濃度，進而降低SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。

4.4 加裝低低溫省煤器

在一般的電除塵設(shè)備前加裝換熱裝置，煙溫可降至80～95℃，使煙氣中的SO3凝結(jié)并吸附在煙塵顆粒上。SO3的吸附起到飛灰調(diào)質(zhì)作用，飛灰比電阻降低，除塵器效率提高。除塵器效率取決于煙氣中的酸露點以及灰硫比，通常當灰硫比超過100時，SO3在低低溫省煤器中的去除率可達95%以上。

4.5 采用濕式靜電除塵器

濕式靜電除塵器(WESP)的濕環(huán)境、低電阻率和高輸入電壓特性使得其能有效地收集亞微米級顆粒物和酸霧[6-9]。WESP可布置在脫硫吸收塔內(nèi)，也可布置在煙道內(nèi)，收集從脫硫塔逃逸出來的亞微米級顆粒物和硫酸霧滴，SO3的脫除率可達95%。

5 結(jié)論

有色煙羽的產(chǎn)生與煙囪排放口SO2、SO3、NOx、NH3(銨鹽)、細顆粒物以及氣溶膠等污染物關(guān)系密切，結(jié)合燃煤電站正在進行的超低排放改造進行調(diào)整，上述氣態(tài)污染物質(zhì)量濃度將會大幅下降，正常運行工況下產(chǎn)有色煙羽現(xiàn)象也會得到大幅減輕。

[1]陳焱,許月陽,薛建明.燃煤煙氣中SO3成因、影響及其減排對策[J].電力科技與環(huán)保,2011,27(3):35-37．

[2]胡敏,郭宏昶,劉宗余.催化裂化煙氣藍色煙羽形成原因分析與對策[J].煉油技術(shù)與工程,2015,45(11):7-12.

[3]胡志光,惠遠峰,常愛玲,等.火電廠濕法煙氣脫硫省卻氣氣換熱器(GGH)的可行性研究[J].熱力發(fā)電,2007，36(1):1-4．

[4]肖雨亭,賈曼,徐莉,等.煙氣中三氧化硫及硫酸霧滴的分析方法[J].環(huán)境科技,2012,25(5):43-48．

[5]馬雙忱,鄧悅,吳文龍,等. SCR脫硝過程中副產(chǎn)物的生成與控制研究[J].電力科技與環(huán)保,2015,31(6):12-15.

[6]蔣海濤,蔡興飛,付玉玲,等.燃煤電廠SO3形成、危害及控制技術(shù)[J].發(fā)電設(shè)備,2013,27(5):366-368.

[7]張悠.煙氣中SO3測試技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].杭州：浙江大學能源工程學系,2013.

[8] STAEHLE R C, TRISCORI R J, KUMAR K S,et al. Wet electrostatic precipitators for high efficiency control of fine particulates and sulfuric acid mist[C] // Institute of Clean Air Companies Forum，2003:116-120.

(本文責編：劉芳)

2016-09-08；

2016-12-14

TM 621

B

1674-1951(2017)01-0073-02

郭靜娟(1986—)，女，河南安陽人，工程師，工學碩士，從事火電廠煙氣脫硫、脫硝技術(shù)工作(E-mail:443676183@qq.com)。