燃煤電站白霧治理技術綜述

范偉

摘要：為滿足降低含硫污染物排放的要求，濕式煙氣脫硫（FGD）是最廣泛的選擇，然而濕式煙氣脫硫后煙氣含水量大，從而在煙囪上形成“白霧”現(xiàn)象，會導致煙氣抬升高度降低，污染物擴散效果差的問題，本文針對現(xiàn)有的白霧清除技術的發(fā)展進行了梳理與總結，并對國內外重要的專利申請進行了有針對性的重點深入分析，為我國該領域的專利申請以及研發(fā)決策提供數(shù)據(jù)支持。

關鍵詞：燃煤電站;白霧;綜合治理

1前言

目前全國90% 以上的燃煤機組都安裝有煙氣脫硫裝置，其中濕法煙氣脫硫裝置占95% 以上，濕式煙氣脫硫一般采用噴淋洗滌工藝，在去除二氧化硫的同時，大量液態(tài)水被氣化進入煙氣中，溫度降低到水露點溫度接近。在煙氣降溫過程中，煙氣中所含水蒸氣過飽和凝結，汽態(tài)水凝結后會析出更多的液態(tài)飽和水，凝結水滴對光線產生折射、散射，從而使煙羽呈現(xiàn)出白色或者灰色，稱其為“白霧”。

煙囪排出的濕煙氣中的成分主要包括粉塵、石膏、石灰石固體顆粒和液態(tài)水及冷凝水等物質，形成的白霧中包含直徑較大的固體顆粒物，一旦在煙囪周圍飄落下來，就形成“石膏雨”，危害當?shù)丨h(huán)境;另一方面，由于排煙攜帶液態(tài)水，降低了排放煙氣的抬升高度，也就提高了SO2/NOx污染物的落地濃度，不利于污染物的擴散[1];此外，白霧在某些特定條件下，煙羽遮擋陽光，也有白霧飄沉至周邊路面結冰易引發(fā)交通事故的可能性，因此白霧問題一直是燃煤電站亟待解決的問題。

2白霧治理技術

（一）能量轉換法

目前在役的白霧清除技術主要以能量轉換法為主，能量轉換法一般采用煙溫控制技術，其出現(xiàn)的最早目的在于提高排煙溫度，防止低于酸露點溫度而引發(fā)煙道腐蝕現(xiàn)象[2]。根據(jù)基本原理成因可分為三大類：煙氣再熱技術、煙氣冷凝技術、煙氣冷凝再熱復合技術。

煙氣再熱技術主要利用熱源加熱脫硫出口的飽和濕煙氣，使得煙氣相對遠離飽和濕度曲線，其技術分支有兩條，以美國COMBUSTION ENGINEERING公司的熱二次風混合加熱、燃氣直接加熱、熱空氣混合加熱等為代表的直接換熱專利技術，以及以日本三菱公司的GGH（gas gas heater）、MGGH（Mitsubishi recirculated nonleak type gas-gas heater）的間接換熱專利技術。我國在本世紀初的第一個十年內，由上海鍋爐廠通過國外合作引進相關技術，已成功在相關電廠進行了推廣應用，目前國內對煙氣再熱這一塊的專利主要集中在結構、換熱器布置上的改進，但總體而言，煙氣再熱技術是一種發(fā)展較為完備的技術。

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。最早是德國BISCHOFF公司申請的直接噴射技術為代表的直接換熱專利技術，但由于噴射溶液本身也帶來的水蒸氣，消除效果也不是很好，目前使用效果較好的是間接換熱技術，如國內華能集團的以采用管式換熱器作為換熱設備的專利技術。煙氣冷凝技術是近些年來技術更新較快的技術，目前專利的主要布局方向在換熱器領域，如冷凝水收集器的結構、除水導流板合理布置、冷凝水收集裝置改造、膨脹節(jié)布置、阻燃防腐煙囪材料設計等方向發(fā)展。

煙氣冷凝再熱技術是隨著煙氣再熱技術和煙氣冷凝技術的發(fā)展而形成的，是近年來的新的分支方向，目前國內關于煙氣冷凝再熱技術的專利非常多，目前中國各大公司和高校在新技術如相變凝聚器、脫硫零補水系統(tǒng)、煙氣余熱回收與減排一體化系統(tǒng)上發(fā)展較快。從目前的發(fā)展方向看，將白霧治理與多污染物聯(lián)合脫除、水源回收、余熱利用結合起來是未來的發(fā)展方向。煙氣冷凝再熱技術不僅擴大了系統(tǒng)白霧消除對環(huán)境溫濕度的適應范圍，還具有節(jié)水、多污染物脫除、降低煙氣再熱熱源消耗等特點，具有明顯的經濟優(yōu)勢。

2.2其他技術

除能量轉換法外，還有其他治理白霧的方法，主要為機械除霧法、吸附再生法和分壓法專利技術[3]。機械除霧法的專利布局中，主要包括濕式電除塵器、煙道除霧器、聲波除霧、煙囪收水環(huán)和除霧器等專利技術，這一類技術大多是依靠液滴自身慣性較大的特點，利用離心力將液體從煙氣中分離出來。吸附再生法主要在FGD后設置了水蒸氣吸收工質、除濕工質等，這類物質能夠通過特定的噴灑裝置與飽和濕煙氣均勻混合時，能夠直接吸附其中的凝結水和氣態(tài)水蒸氣，從而達到消除白霧的技術效果，分壓法利用鹽溶液表面水蒸氣分壓力低于飽和濕煙氣的水蒸氣分壓力，從而使得飽和濕煙氣的水蒸氣向鹽溶液進行傳質傳熱過程。

3.專利技術分析

白霧消除技術相關專利申請在上世紀70年代就已出現(xiàn)，但隨后發(fā)展一直呈平緩態(tài)勢，在2011-2015年間，專利申請量才開始出現(xiàn)大幅增長，2016年之后的專利申請量也很多，表明白霧清除相關專利技術進入快速發(fā)展軌道。在全球白霧清除技術相關專利申請中，國內專利申請量為154項，占比58%，國外專利申請量為110項，占比42%。由于在環(huán)境保護上的苛刻要求，德國、日本很早就規(guī)定了排煙溫度，因此有關煙氣再熱技術的研究開展較早，GGH和MGGH技術最初由國外發(fā)展起來，但是隨后政策又有轉向，德國取消了關于排煙溫度的限制，因此總體來說，國外對于白霧消除的專利申請量較為平緩，涉及的技術分支也主要在于GGH或MGGH，重要申請人有日本三菱重工、法國阿爾斯通公司、日本日立公司、美國電力公司等。而國內在白霧清除技術相關專利申請中保持著較好的發(fā)展態(tài)勢，上述數(shù)據(jù)與我國現(xiàn)階段在煙氣脫硫行業(yè)推行的相關環(huán)保舉措是息息相關的，特別是最近十年內，有關白霧消除的專利申請呈現(xiàn)井噴之勢。在白霧清除的相關專利申請方面，在各主要技術分支中，關于煙氣再熱技術的申請有79項，占所有專利的54%，處于專利申請量的領先位置，可見國內對于煙氣再熱技術最為重視，而煙氣冷凝技術有45項，占比31%，具有前兩者優(yōu)點的煙氣冷凝再熱復合技術有15項，占比10%，在其他技術分支的專利申請量較少。

四、總結與建議

白霧清除技術起源于國外，但目前中國的白霧清除技術處于快速發(fā)展階段，特別在近十年來專利申請數(shù)量逐年上升，申請人以大公司、科研機構、高校為主，從相關技術分支的專利申請量來看，煙氣再熱技術和煙氣冷凝技術占絕大部分，煙氣冷凝再熱復合技術和其他技術專利申請量相對較少，只占少部分比例。

白霧清除技術專利申請這幾年來總的發(fā)展進程為：從基礎的白霧單一治理向多種污染物、多種能源利用、多種資源回收的綜合治理方向發(fā)展，其中煙氣冷凝再熱復合技術是未來的方向，對于國內企業(yè)來說，在提高效率的同時，如何降低成本、如何簡化工藝是未來研發(fā)的重點，解決之道在于材料提升、優(yōu)化布置、智能化控制。因此在這些方面進行專利布局，可以增強自身的競爭力。

參考文獻：

[1]Shinchi_Okamoto.空氣污染過程的煙羽軌跡模型[J].大氣研究，1988，（5）：21-28.

[2]熊英瑩，譚厚章，許偉剛，等. 火電廠煙氣潛熱和凝結水回收的試驗研[J]. 熱力發(fā)電，2015（6）：77 - 81.

[3]熊英瑩，王自寬，張方煒，等. 零水耗濕法脫硫系統(tǒng)試驗研究[C]. 發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排技術論壇. 2013.

（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）