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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)：[858] |
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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(shí)，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(guó)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(lái)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(wèn)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(duì)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(yùn)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(shí)還會(huì)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(duì)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(shí)甚至?xí)徽`認(rèn)為有毒、有害廢氣，對(duì)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(duì)“石膏雨”、冒白煙的濕“煙羽”控制提出了要求，C臺(tái)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(cè)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(yùn)行，并認(rèn)為“燃煤電廠石膏雨和有色煙羽污染是近年來(lái)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(jiàn)稿），對(duì)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(xiàng)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(guò)程中因溫度降低，煙氣中部分汽態(tài)水和污染物會(huì)發(fā)生凝結(jié)，在煙囪口形成霧狀水汽，霧狀水汽會(huì)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(guò)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(huì)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(huì)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(duì)濕度為100的空氣中含濕量隨溫度的變化趨勢(shì)曲線，A點(diǎn)為排放濕煙氣的初始狀態(tài)，B點(diǎn)、C點(diǎn)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(diǎn)。濕煙氣從煙囪口排出后是否會(huì)出現(xiàn)白煙及出現(xiàn)白煙的長(zhǎng)度，不僅與煙氣本身含濕量的多少、煙氣的溫度(A點(diǎn)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(diǎn)在圖1溫濕圖上煙氣狀態(tài)變化位置)有關(guān)。A點(diǎn)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(diǎn)，在這個(gè)過(guò)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(diǎn)沿直線變化到環(huán)境狀態(tài)B點(diǎn)，在這個(gè)過(guò)程中“白煙”消失。由A點(diǎn)變化到環(huán)境溫度更低的C點(diǎn)的過(guò)程也類似，只不過(guò)“白煙”的長(zhǎng)度更長(zhǎng)。因此，只要濕煙氣初始狀態(tài)點(diǎn)與環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)的連線與飽和濕度曲線相交，就會(huì)產(chǎn)生“白煙”。并且環(huán)境溫度越低、濕度越大“白煙”越長(zhǎng)。大氣環(huán)境因素中，環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、大氣壓力都對(duì)“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(huì)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(duì)光線產(chǎn)生散射。由于顆粒的尺寸和可見(jiàn)光的波長(zhǎng)接近，因此屬于瑞利散射，瑞利散射的特點(diǎn)是散射光的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比，因此短波的藍(lán)色光線散射要比長(zhǎng)波的紅色光線強(qiáng)許多，Z終使得煙囪在陽(yáng)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(guò)10－20ppm時(shí)，會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)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(zhǎng)度也越長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)甚至可以落地。
4 “白煙”的影響
對(duì)電廠生產(chǎn)的影響。多數(shù)燃煤電廠在經(jīng)過(guò)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(shì)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(lái)越高，對(duì)電廠的生產(chǎn)、環(huán)保帶來(lái)了很大的壓力。
對(duì)環(huán)境的影響。目前燃煤煙氣中所排放的酸性煙霧對(duì)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(shí)，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(yùn)行工況，在煙囪鄰近區(qū)域會(huì)出現(xiàn)酸霧，如這種酸霧持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)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(lái)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(chǎng)力的作用下到達(dá)集塵板/管，通過(guò)定期沖洗的方式，使粉塵隨著沖刷液的流動(dòng)而Q除，脫硫煙氣經(jīng)過(guò)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(duì)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(wú)關(guān)。而且WESP還具有壓力損失小、操作簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)二次揚(yáng)塵、維護(hù)費(fèi)用低、生產(chǎn)停工期短、可工作于煙氣L點(diǎn)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(jì)形式多樣化等優(yōu)點(diǎn)。
但是WESP設(shè)備投資運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行成本需要從整體進(jìn)行評(píng)價(jià)。
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(yùn)動(dòng)的過(guò)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(lái);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(shí)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(shí)，形成附著液膜從而在煙氣中脫離出來(lái);這三種運(yùn)動(dòng)過(guò)程同時(shí)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(yùn)行阻力低，利于新建項(xiàng)目和在運(yùn)機(jī)組的超低排放改造項(xiàng)目，配套凈煙氣再熱技術(shù)的使用，對(duì)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(yǔ)
隨著公眾對(duì)霧霾形成的關(guān)注，以及國(guó)家環(huán)保部門對(duì)煙氣排放新政策的C臺(tái)，電廠“白煙”治理已逐漸成為一種必然趨勢(shì)。
燃煤電廠在經(jīng)過(guò)超低排放改造后，對(duì)“白煙”治理技術(shù)，更希望具有初投資省、占地少，操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定且成本低的特點(diǎn)。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(chǎng)逐步擴(kuò)大。對(duì)在用技術(shù)進(jìn)行升級(jí)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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