燃煤電廠白色煙羽治理方案

文_薛曉東

大唐環境產業集團股份有限公司 北京大唐恒通機械輸送技術有限公司

1 治理背景

目前國內火力發電廠常見以濕法脫硫為主，濕法脫硫是造成白色煙羽現象主要因素。煙囪排出的濕煙氣與環境冷空氣混合，在降溫過程中，所含的水蒸氣飽和凝結，凝結水霧滴對光線產生折射、散射，使煙羽呈現出白色或者灰色，被稱為“濕煙羽”，俗稱“大白煙”，“煙氣消白”就是指去除煙氣中的水蒸氣。

現階段，我國大氣污染防治技術仍需提高，不斷提高污染控制效率，降低污染，同時控制成本和能耗。有色煙羽的治理為接下來重點任務，為打好藍天保衛戰，國家和地方不斷出臺相關政策和要求，提高環保標準，改善大氣質量。

2 煙氣消白的工藝路線

2.1 治理原理

白色煙羽的源頭是水分，煙氣中飽和水蒸氣是吸熱產生的，含有大量潛熱，因此，煙氣消白的關鍵就是排放煙氣的溫度、濕度控制。水在吸熱升溫到一定溫度時會變成水蒸氣；而除去水蒸氣中的熱，使其溫度降低到結露溫度，蒸汽又凝結為水，這是自然界普遍存在的可逆過程。濕煙氣中的水蒸氣一部分來自燃燒和工藝過程，一部分來自于濕法脫硫、除塵水分的蒸發。濕煙氣消白的關鍵是將排煙絕對濕度和相對濕度控制得盡量低，或改變水蒸氣狀態。

2.2 治理工藝路線

2.2.1 凈煙氣加熱工藝路線

濕法脫硫后，保持50℃左右濕煙氣的絕對濕度不變，通過等濕升溫實現消白。如氣氣換熱升溫GGH、冷媒煙氣換熱升溫MGGH，在除塵器前或后以及脫硫塔后至煙囪入口煙道內各增設一套煙氣換熱裝置，利用脫硫塔前的熱煙氣加熱脫硫塔出口的凈煙氣，將飽和濕煙氣從50℃左右升高到80℃以上，可以達到去除煙羽的目的。

這種方法煙囪只需略做防腐處理，充分利用了原煙氣的余熱。GGH的缺點是漏煙氣、脫硫效率難以提高，阻力大、容易堵、故障率高；體積大、投資高；排煙溫度不宜控制，現國內大部分電廠已拆除。MGGH克服了GGH的漏煙氣、容易堵的缺點，提高了設備利用率和脫硫效率，但設備阻力大、體積大、投資高，排煙溫度不宜控制。

2.2.2 先冷凝再加熱工藝路線

首先對脫硫處理后的飽和濕煙氣進行冷凝，使得煙氣中的含水率降低，回收冷凝下來的水，同時冷凝的過程可對粉塵、SO3和硝酸鹽等污染物起到協同去除的作用，初步估算可去除20%～40%的粉塵。

其次，再對排放煙氣適度加熱即可達到所需的擴散條件，一般利用煙氣冷卻器回收的余熱對凈煙氣進行加熱，達到消除白煙的目的。冷卻后的煙氣含水率大大降低，對其進行加熱時，所需的熱量也大幅減少，對整個電廠的節能及運行經濟性有良好的支持作用。

最后，采用該工藝可真正實現節能、減排和消除視覺污染的作用，冷凝器所回收的凝結水，經過簡單處理后可以作為脫硫系統的補水循環使用，基本可實現脫硫系統零水耗。冷卻水可以通過機械通風冷卻系統降溫或利用熱泵技術對其熱量進行回收，如果周圍有低溫冷源（如海水等）也可直接利用此冷源進行降溫。

2.2.3 煙氣降溫冷凝消白工藝路線

降低煙氣溫度和濕度，使水蒸氣冷凝為水，降低煙氣溫度主要采用冷凝換熱器間接冷卻方式，常用漿液冷凝和凈煙氣冷凝。圖1為漿液冷凝工藝流程，圖2為凈煙氣冷凝工藝流程圖。

漿液降溫冷凝消白技術就是在漿液循環管道上進行改造，一般在最高層或最高層與次高層兩層噴淋管道上安裝漿液換熱器，利用冷卻后的漿液降低吸收塔排煙溫度，從而降低脫硫塔蒸發水量。用冷卻水（海水）經漿液換熱器對漿液進行冷卻，再由噴淋到吸收塔的冷漿液對吸收塔內煙氣進行冷卻，從而降低吸收塔出口凈煙氣溫度和濕度，達到降溫冷凝消白效果，煙氣冷卻后的凝水落回到吸收塔內，最終再考慮塔內水平衡。

圖1 漿液冷凝工藝流程圖

凈煙氣冷凝消白技術是在FGD脫硫吸收塔出口的水平煙道安裝氟塑料煙氣冷凝器，對脫硫吸收塔后凈煙氣進行冷凝，凝出水分，從而達到減輕煙囪出口冒白煙的現象，并回收一部分冷凝水，冷源采用海水作為冷媒的開式循環或者采用機力冷卻塔形式的閉式循環系統。

圖2 凈煙氣冷凝工藝流程圖

2.2.4 聯合技術消白

采用MGGH（煙氣冷卻器和煙氣再熱器）＋冷凝換熱器＋蒸汽熱水換熱器聯合技術消白。FGD前原煙氣由煙氣冷卻器回收部分余熱；在吸收塔出口的水平煙道安裝煙氣冷凝器或在吸收塔外采用漿液冷凝器，對脫硫后凈煙氣進行冷凝；在煙氣冷凝器出口的水平煙道安裝煙氣再熱器，利用煙氣冷卻器回收的余熱，對凈煙氣進行加熱；為控制排煙溫度，對冷媒熱水采取蒸汽熱水換熱器補熱，從而達到完全消除煙囪白煙現象，并回收一部分冷凝水。

此技術消白效果好但工藝流程復雜、輔助系統多、設備阻力大、體積大、占地大、投資高、運行費用高。

2.2.5 其他方式的消白路線

（1）聲波團聚消白

降溫冷凝、聲振耦合團聚技術是通過降低煙氣溫度，使煙氣中的飽和水在溫度降低的情況下逐步析出，并附著在煙氣中夾雜著的微米和亞微米級顆粒上形成微小霧滴。隨著煙氣經過聲波團聚裝置時，通過高強聲場找到氣溶膠中微米和亞微米級細顆粒物的共振點，產生相對運動并進而提高它們的碰撞團聚速率；由于顆粒表面存在著很強的范德華吸引力，一旦顆粒發生了碰撞，它們便粘附而形成較大一級的團聚物，使細顆粒物在很短的時間范圍內，粒徑分布從小尺寸向大尺寸方向遷移，顆粒數目濃度減少。

在吸收塔內原除霧器下方增加若干套聲波團聚裝置；在一級除霧器上方增加若干套聲波團聚裝置，均勻布置，利用聲波對水霧及顆粒物的團聚凝并作用，增大細水霧及顆粒物粒徑，進一步提高后續原有除霧器的除塵除霧效率，降低水霧及顆粒物排放量；同時聲波具備對原除霧器的聲波除垢、解堵功能，使煙氣流場更加均勻，減少除霧器沖洗頻次，維持脫硫水平衡的穩定。

（2）機械消白

采用濕式靜電除塵除霧器、多級屋脊式除霧器、管束式除霧器、浮球式除霧器，都能有效精除塵除霧，可以解決“石膏雨”，但只有一定的消白效果，回收濕煙氣中不到1%的水分。

（3）熱風混合消白

向濕煙氣中混入干煙氣，降低煙氣相對濕度，國內外都有采用混風消白的案例，其設備簡單、容易實現，但問題是只能解決視覺污染，不減少煙氣中的污染物，不能滿足當今SO2排放指標30mg/Nm3要求。

3 結束語

生態環境質量總體改善是我國“十三五”時期的主要目標之一。加大環境綜合治理力度創新環境治理理念和方式，實行最嚴格的環境保護制度，強化排污者主體責任，形成政府、企業、公眾共治的環境治理體系，實現環境質量總體改善。對于煙氣消白來說是重點治理項目，本文僅對幾種常見的消白技術進行介紹，為白煙治理提供思路與參考。