垃圾焚燒發電廠煙氣“白煙”及濕法系統廢水量計算模型

朱勇

摘要：對垃圾焚燒廠煙囪產生“白煙”現象進行了分析。并闡述了“白煙”模型的原理，通過垃圾發電廠工藝過程及當地氣象資料實例計算來判斷了是否產生“白煙”現象。并針對煙氣濕法工藝時，脫“白煙”的減濕運行和廢水產生量相關問題進行了研究計算。

關鍵詞：垃圾發電;白煙;濕法工藝;計算模型

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0156-02

1煙囪冒“白煙”的原理

煙囪冒“白煙”是指煙氣中的水蒸汽飽和凝結，在煙囪上部形成的細小水顆粒。煙氣在排出煙囪之后與周圍的空氣混合，同時煙氣溫度降低，隨著與更多空氣接觸混合，煙氣溫度持續降低，煙氣中的水蒸汽也逐漸被稀釋。在煙氣與空氣的混合過程中，一方面，煙氣與溫度相對較低的空氣混合造成的降溫可能會導致“白煙”的產生;另一方面，與空氣混合的過程中煙氣中的水蒸汽得到擴散稀釋，能抑制“白煙”的出現，“白煙”是否產生取決于這兩種因素的作用大小。圖1為常用的判斷“白煙”是否生成的模型。

根據“白煙”判斷模型可知，煙氣排出煙囪時的溫度和濕度在圖中對應的點為“A”點，大氣的溫度和濕度對應的點為“D”點，煙氣排人大氣時的混合稀釋過程即為A點向D點遷移的過程，AD線通常被稱作煙氣一空氣混合線。

當AD線與濕空氣飽和曲線相交時則會出現冒“白煙”的現象，即煙氣與大氣的混合過程延ABECD運動，其中BC段的長度可以間接表達“白煙”煙羽的長度。

從模型可知，在大氣環境溫濕度不變的情況下，為防止“白煙”的形成，可以通過改變煙氣排放點（A）在圖中的位置來現實，如煙氣排放溫度不變的情況下，通過減濕來降低煙氣中的含濕量，那么煙氣排放點則位于A1點，即改變煙氣混合線的斜率，而A1點向D點遷移的混合線未與飽和曲線相交，從而避免“白煙”現象。同理，在煙氣濕度不改變的情況下，通過提升溫氣溫度，使A點水平向右移，也可以避免煙氣混合線與飽和曲線相交，現實避免“白煙”現象。

2排放煙氣的溫度與濕度的計算

以深圳某項目煙氣采用半式法+濕法工藝為例，煙氣排放的設計溫度約為150°C，煙氣中含濕量在其它工藝條件不變的情況下，主要受濕法工藝運行方式的影響，如按照減濕塔的減濕量剛好用于洗滌液補充水的運行模式，即減濕塔的減濕水量完全用于洗滌塔補充水，以保持洗滌塔的液位平衡，那么煙氣的排放濕度按照以下方法進行計算。

煙氣排放濕度=省煤器出口原始濕度+半干法增加濕度一脫硫塔脫除濕度+SCR增加濕度，各環節煙氣濕度進行計算如下（單位：kg/m³.干）。

（1）水平煙道出口煙氣含濕量：根據計算鍋爐省煤器出口煙氣含水率（容積比）為19.3%，溫度為：200℃，通過換算含濕量為：0.089kg/m³。

（2）半干式反應塔增加的煙氣含濕量：半干法脫酸加入水量為8t/h，折算為煙氣濕度為：0.04285kg/m³。

（3）濕法脫硫減去的煙氣含濕量：濕法脫硫系統減排水量1.99t/h，減去30%NaOH溶液為0.12t/h，實際從煙氣中脫除水分為：1.87t/h，換算成含濕量為：0.01kg/m³。

（4）SCR增加的煙氣含濕量：SCR系統氨水濃度為25%，估算加藥量為400kg/h，換算成含濕量為：0.00214kg/m³。

（5）煙氣含濕總量：即該項目煙氣排放溫度為：150℃，排放濕度為：0.089+0.04285+0.00214-0.01=124g/m³，按煙氣量換算后含水率為（容積比）：24%。

3環境大氣溫度、濕度的確定

根據深圳市氣象局多年的統計紀錄，1981～2010年30年間秋冬季平均相對濕度為70%，夏季平均濕度為85%;冬季平均溫度為10℃，夏季平均溫度為28℃。為確保計算結果的代表性，在后面的計算中將采用冬季與夏季的平均溫度、濕度進行計算。根據空氣“焓濕圖”可以查出對應溫度、濕度時空氣中的絕對含濕量如表1。

4項目白煙判斷模型

通過已計算出的深圳大氣條件與該項目煙氣排放溫度與濕度，按照夏季與冬季天氣情況分別進行“白煙”產生可能分析，建立該項目的“白煙”判斷模型，見圖2。

根據圖2可知，按照該項目的煙氣排放溫度與濕度，結合深圳夏季與冬季的平均溫濕度進行判斷，夏季的AB煙氣混合線和冬季的AC煙氣混合線，均未與大氣飽和曲線相交，因此判斷該項目煙氣排放不會產生“白煙”現象。由于上述判斷模型是在大氣平均溫、濕度的條件下，因此不排除在冬季的個別極端天氣條件下偶爾會產生“白煙”的可能。

5煙氣濕法運行方式及廢水量計算

煙氣濕法工藝中減濕部的運行方式主要根據是否需要脫“白煙”來進行，一般在夏季時采用減濕部的減濕水完全用于洗滌部補充水的方式，以避免減濕廢水排放，而冬季時根據脫“白煙”所需的減濕要求，加大煙氣減濕部的減濕量，但此時需排放多余的減濕廢水。

減濕廢水的產生量主要根據脫“白煙”需要從煙氣中脫除的含濕量而定。根據上述“白煙”模型結論，濕法工藝按照減濕部減濕水僅滿足洗滌部補充水的運行方式且在冬季條件下，煙氣排放不會產生“白煙”現象，從而不需要通過濕法工藝的減濕部進行深度減濕，即該項目的濕法工藝中不會產生多余減濕廢水。

在極端天氣如該項目需要進行脫“白煙”處理的情況下，根據模型圖計算，如果環境溫度在6～7℃時，為防止“白煙”需要將排煙濕度降至112g/m³，含水量約21.7%，即減濕塔需要額外脫除2.24t/h水量;如果環境溫度在4～5℃時，為防止“白煙”需要將排煙濕度降至95g/m³，含水量約18.4%，減濕塔需要額外脫除5t/h水量。

由于上述極端天氣在深圳出現情況極少，據統計全年氣溫低于10℃一般不會超過10d，在全年絕大部分時間均無“白煙”的前提下，該項目的脫硫塔運行方式可不考慮防“白煙”方式運行，即減濕部僅脫除煙氣中少量水分以滿足洗滌液補充水平衡即可，從而無減濕廢水排放和無需設計減濕廢水處理工藝系統。

6結語

在垃圾焚燒發電項目煙氣排放指標日趨嚴格和脫“白煙”趨勢下，越來越多的項目采用煙氣濕法工藝，通過本文模型及計算方法可以判斷項目是否產生“白煙”現象及脫“白煙”時煙氣濕法工藝運行方式。但由于減濕廢水含鹽量極高，廢水處理成本偏高，同時為脫“白煙”還可以通過提高煙氣排放溫度方式來實現，因此應結合減濕廢水處理成本和煙氣加熱成本進行綜合分析，以找到最佳聯合運行方式。