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濕煙羽治理

濕煙羽治理濕煙羽形成機理及主要治理技術

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　　一、濕煙羽的定義

　　煙囪排出的飽和濕煙氣與溫度較低的環境空氣接觸時，在煙氣降溫過程中，煙氣中所含水蒸氣過飽和凝結，凝結水滴對光線產生折射、散射，從而使煙羽呈現出白色或者灰色，稱其為“濕煙羽”(俗稱“大白煙”)。重點提示：濕煙羽是羽毛的羽，不是下雨的雨。不是石膏雨!不是煙囪雨!

　　二、濕煙羽形成機理

　　如圖所示為濕空氣的飽和曲線，假設濕煙氣在煙囪出口處的狀態位于F點，煙氣在離開煙囪時處于未飽和和狀態。濕煙氣與環境空氣混合過程開始沿AB線變化，達到B點后煙氣變為飽和濕煙氣，此后濕空氣與環境空氣的混合沿著曲線BDE變化，而多余的水蒸汽將凝結成液態小水滴，形成濕煙羽. 根據濕煙羽形成及消散的機理，可將現有的對濕煙羽有治理效果的。

　　技術歸納為：

　　1、煙氣加熱技術，典型的GGH、熱管式GGH、MGGH、蒸汽加熱器等；

　　2、煙氣冷凝技術，典型的新建噴淋塔、水冷源、空氣冷源和其他人工冷源；

　　3、煙氣冷凝再熱技術，兩種技術組合應用，從經濟性出發，單純的加熱和冷凝方式都有各自的限制，加熱受到原煙氣煙溫條件的限制，冷凝受到環境空氣、水溫度的限制。在此條件下若采用冷凝再熱技術，將加熱和冷凝結合起來使用，則可擴大系統濕煙羽消除對環境溫濕度的適應范圍。

　　三、濕煙羽主要治理技術

　　目前國內絕大多數鍋爐、窯爐的煙氣在排放前都進行了濕法脫硫，溫度降至45-55℃，焦爐脫硫煙氣達到65℃，此時的煙氣通常是飽和濕煙氣。煙氣由煙囪直接排出，進入溫度較低的環境，在煙氣溫度降低過程中，煙氣中的水蒸汽會凝結形成濕煙羽。

　　根據濕煙羽形成及消散的機理，可將現有的對濕煙羽有治理效果的技術歸納為煙氣加熱技術、煙氣冷凝技術、煙氣冷凝再熱技術。目前電力行業內已有投運的煙氣冷凝和煙氣冷凝再熱技術，大多數并非針對濕煙羽的治理，主要目的是減排、收水、節水。其技術指標尚未結合濕煙羽的消除來制定，但在客觀上還是起到了濕煙羽治理的效果。

　　一些燃煤電廠所采用濕式電除塵器、煙道除霧器、聲波除霧、煙囪收水環和除霧器等技術雖可去除煙氣的凝結水，但由于煙氣凝結水在煙氣中水汽的占比十分有限(不到1‰)，因此去除煙氣的凝結水只能減輕“濕煙羽”，不能有效消除濕煙羽，本文不做深入研究。此外，還有采用冷卻塔排放的方式可以實現濕煙羽治理，但更適用于新建機組，不適合現役機組改造，本文亦不對此深究。

　　四、煙氣加熱技術

　　煙氣加熱技術是對脫硫出口的濕飽和煙氣進行加熱，使得煙氣相對濕度遠離飽和濕度曲線。濕煙羽消除機理如圖2所示，濕煙氣初始狀態位于A點，經過加熱后按AB升溫，再沿BC摻混、冷卻至環境狀態點C，整個ABC變化過程均與飽和濕度曲線不相交，因此不產生濕煙羽。

　　前在役的加熱技術按換熱方式分為兩大類：即間接換熱與直接換熱。間接換熱的主要代表技術有：回轉式GGH、管式GGH、熱管式GGH、MGGH、蒸汽加熱器等。直接換熱的主要代表技術有：熱二次風混合加熱、燃氣直接加熱、熱空氣混合加熱等。各加熱技術若按實現濕煙羽治理的同等技術指標，其主要技術經濟對比情況如表1所示。

　　直接加熱的技術雖一次投資較低，但因其熱源并非利用煙氣余熱，運行費用太高，作為濕煙羽治理的手段代價過大，在實際應用當中案例也極少。間接加熱技術中，回轉式GGH與管式GGH均有不同程度漏風¨，在中國燃煤電廠超低排放的大環境條件下，作為濕煙羽治理手段，其應用也受到限制。熱管式GGH大型化后，將使吹灰器布置有一定難度，且加大了占地面積引，在大機組上暫無應用。蒸汽加熱的方式同樣因熱源問題能耗過高。因此，結合時下煙氣超低排放及節能的要求，MGGH若作為濕煙羽治理的手段之一，具有最廣闊的應用前景。

　　五、煙氣冷凝技術

　　煙氣冷凝技術是對脫硫出口的濕飽和煙氣進行冷卻，使得煙氣沿著飽和濕度曲線降溫，在降溫過程中含濕量大幅下降。濕煙羽消除機理如圖3所示。濕煙氣初始狀態位于A點，經過降溫后按AF冷凝，再沿Fc摻混、冷卻至環境狀態點C，FC變化過程與飽和濕度曲線不相交，因此不產生濕煙羽。

　　燃煤電廠目前已有煙氣冷凝的主要代表技術有：相變凝聚器、冷凝析水器、脫硫零補水系統、煙氣余熱回收與減排一體化系統等，其特點如表2所示。從這些技術命名可以看出其功能主要考慮的是減排、收水、節能等，在原理上來說，各類技術都是對脫硫后凈煙氣進行降溫，符合了圖3的機理，這些技術已在實際應用當中起到了濕煙羽治理的效果。

　　冷凝技術按換熱方式主要分為兩大類：間接換熱和直接換熱。直接換熱主要采用新建噴淋塔作為換熱設備，有一定占地要求，冷媒與凈煙氣直接接觸，換熱效率高，但需要對冷媒水系統進行補充加藥控制PH值，系統較復雜。間接換熱多采用管式換熱器作為換熱設備，冷媒與凈煙氣不直接接觸，系統較簡單。

　　根據冷源的不同冷凝技術又分為：水冷源、空氣冷源和其他人工冷源。其中水冷源所構成的循環水系統最為簡單，僅配置泵和循環管路，通常是開式循環。運行費用最低、占地小。采用空氣冷源的系統通常循環水系統中需配置冷卻塔，系統較水冷要復雜、占地大，新增的冷卻塔會在靠近地面成為新的白煙生成源。其他人工冷源，如熱泵，占地面積大，能耗高(以蒸汽溴化鋰熱泵為例，每交換1MJ熱量需要消耗0．7MJ蒸汽)。以環境空氣、江河海水作為冷源的系統，其冷源的品質受季節影響較為明顯，以華東地區為例，冬季和夏季環境溫度相差20—30度，因此同一套系統不同季節的冷凝效果會有較大差別。

　　煙氣冷凝技術對脫硫后濕煙氣冷卻，使得煙氣中大量的氣態水冷凝為液滴，在此過程中能夠捕捉微細顆粒物¨、SO等多種污染物。因此，煙氣冷凝技術作為濕煙羽治理的手段，不僅能夠對白煙消除有良好效果，還可以實現煙氣多污染物聯合脫除，冷凝水可作為脫硫補水使用。

　　六、煙氣冷凝再熱技術

　　煙氣冷凝再熱技術是前述兩種方式組合使用。它的濕煙羽消除機理如圖4所示，濕煙氣初始狀態位于A點，經過降溫后按AD冷凝，再沿DE加熱，然后沿EC摻混、冷卻至環境狀態點C，EC變化過程與飽和濕度曲線不相交，因此不產生濕煙羽。濕煙羽的消散機理顯示，環境濕度、環境溫度對濕煙羽的形成及規模有較大影響¨。理論上，在給定的環境溫濕度條件下，若不計代價，加熱技術和冷凝技術都能實現濕煙羽的消除(加熱溫度足夠高，冷凝溫度足夠低)，但根據燃煤電廠的實際情況，從經濟性出發，單純的加熱和冷凝方式都有各自的限制，加熱受到原煙氣煙溫條件的限制，冷凝受到環境空氣、水溫度的限制。在此條件下若采用冷凝再熱技術，將加熱和冷凝結合起來使用，則可擴大系統濕煙羽消除對環境溫濕度的適應范圍。