垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣“白煙”及濕法系統(tǒng)廢水量計(jì)算模型

朱勇

摘要：對垃圾焚燒廠煙囪產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)象進(jìn)行了分析。并闡述了“白煙”模型的原理，通過垃圾發(fā)電廠工藝過程及當(dāng)?shù)貧庀筚Y料實(shí)例計(jì)算來判斷了是否產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)象。并針對煙氣濕法工藝時(shí)，脫“白煙”的減濕運(yùn)行和廢水產(chǎn)生量相關(guān)問題進(jìn)行了研究計(jì)算。

關(guān)鍵詞：垃圾發(fā)電;白煙;濕法工藝;計(jì)算模型

中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)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(jié)，在煙囪上部形成的細(xì)小水顆粒。煙氣在排出煙囪之后與周圍的空氣混合，同時(shí)煙氣溫度降低，隨著與更多空氣接觸混合，煙氣溫度持續(xù)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(huì)導(dǎo)致“白煙”的產(chǎn)生;另一方面，與空氣混合的過程中煙氣中的水蒸汽得到擴(kuò)散稀釋，能抑制“白煙”的出現(xiàn)，“白煙”是否產(chǎn)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(jù)“白煙”判斷模型可知，煙氣排出煙囪時(shí)的溫度和濕度在圖中對應(yīng)的點(diǎn)為“A”點(diǎn)，大氣的溫度和濕度對應(yīng)的點(diǎn)為“D”點(diǎn)，煙氣排人大氣時(shí)的混合稀釋過程即為A點(diǎn)向D點(diǎn)遷移的過程，AD線通常被稱作煙氣一空氣混合線。

當(dāng)AD線與濕空氣飽和曲線相交時(shí)則會(huì)出現(xiàn)冒“白煙”的現(xiàn)象，即煙氣與大氣的混合過程延ABECD運(yùn)動(dòng)，其中BC段的長度可以間接表達(dá)“白煙”煙羽的長度。

從模型可知，在大氣環(huán)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(diǎn)（A）在圖中的位置來現(xiàn)實(shí)，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(diǎn)則位于A1點(diǎn)，即改變煙氣混合線的斜率，而A1點(diǎn)向D點(diǎn)遷移的混合線未與飽和曲線相交，從而避免“白煙”現(xiàn)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(diǎn)水平向右移，也可以避免煙氣混合線與飽和曲線相交，現(xiàn)實(shí)避免“白煙”現(xiàn)象。

2排放煙氣的溫度與濕度的計(jì)算

以深圳某項(xiàng)目煙氣采用半式法+濕法工藝為例，煙氣排放的設(shè)計(jì)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(yùn)行方式的影響，如按照減濕塔的減濕量剛好用于洗滌液補(bǔ)充水的運(yùn)行模式，即減濕塔的減濕水量完全用于洗滌塔補(bǔ)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(jìn)行計(jì)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(huán)節(jié)煙氣濕度進(jìn)行計(jì)算如下（單位：kg/m³.干）。

（1）水平煙道出口煙氣含濕量：根據(jù)計(jì)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(yīng)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(tǒng)減排水量1.99t/h，減去30%NaOH溶液為0.12t/h，實(shí)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(tǒng)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(xiàng)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(huán)境大氣溫度、濕度的確定

根據(jù)深圳市氣象局多年的統(tǒng)計(jì)紀(jì)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(jì)算結(jié)果的代表性，在后面的計(jì)算中將采用冬季與夏季的平均溫度、濕度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)空氣“焓濕圖”可以查出對應(yīng)溫度、濕度時(shí)空氣中的絕對含濕量如表1。

4項(xiàng)目白煙判斷模型

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

根據(jù)圖2可知，按照該項(xiàng)目的煙氣排放溫度與濕度，結(jié)合深圳夏季與冬季的平均溫濕度進(jìn)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(xiàng)目煙氣排放不會(huì)產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)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(gè)別極端天氣條件下偶爾會(huì)產(chǎn)生“白煙”的可能。

5煙氣濕法運(yùn)行方式及廢水量計(jì)算

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

減濕廢水的產(chǎn)生量主要根據(jù)脫“白煙”需要從煙氣中脫除的含濕量而定。根據(jù)上述“白煙”模型結(jié)論，濕法工藝按照減濕部減濕水僅滿足洗滌部補(bǔ)充水的運(yùn)行方式且在冬季條件下，煙氣排放不會(huì)產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)象，從而不需要通過濕法工藝的減濕部進(jìn)行深度減濕，即該項(xiàng)目的濕法工藝中不會(huì)產(chǎn)生多余減濕廢水。

在極端天氣如該項(xiàng)目需要進(jìn)行脫“白煙”處理的情況下，根據(jù)模型圖計(jì)算，如果環(huán)境溫度在6～7℃時(shí)，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(huán)境溫度在4～5℃時(shí)，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(xiàn)情況極少，據(jù)統(tǒng)計(jì)全年氣溫低于10℃一般不會(huì)超過10d，在全年絕大部分時(shí)間均無“白煙”的前提下，該項(xiàng)目的脫硫塔運(yùn)行方式可不考慮防“白煙”方式運(yùn)行，即減濕部僅脫除煙氣中少量水分以滿足洗滌液補(bǔ)充水平衡即可，從而無減濕廢水排放和無需設(shè)計(jì)減濕廢水處理工藝系統(tǒng)。

6結(jié)語

在垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目煙氣排放指標(biāo)日趨嚴(yán)格和脫“白煙”趨勢下，越來越多的項(xiàng)目采用煙氣濕法工藝，通過本文模型及計(jì)算方法可以判斷項(xiàng)目是否產(chǎn)生“白煙”現(xiàn)象及脫“白煙”時(shí)煙氣濕法工藝運(yùn)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(shí)為脫“白煙”還可以通過提高煙氣排放溫度方式來實(shí)現(xiàn)，因此應(yīng)結(jié)合減濕廢水處理成本和煙氣加熱成本進(jìn)行綜合分析，以找到最佳聯(lián)合運(yùn)行方式。