燃煤企業(yè)有色煙羽治理對大氣污染的影響

田明，張志華，李琨琪

燃煤企業(yè)有色煙羽治理對大氣污染的影響

田明1，張志華1，李琨琪2

（1. 邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺 054000； 2. 建投邢臺熱電有限責(zé)任公司，河北 邢臺 054000）

燃煤企業(yè)應(yīng)對大氣污染防治的主要措施為深度減排和有色煙羽治理，其中有色煙羽治理能有效降低煙氣中煙塵、SO3的排放量。重點介紹有色煙羽的形成原因、有色煙羽進行治理的技術(shù)方法以及有色煙羽被治理后帶來的環(huán)境效益。

有色煙羽；治理；環(huán)境

隨著國家對節(jié)能減排工作的不斷深入，環(huán)保標準不斷提高，排放監(jiān)督愈發(fā)嚴格。地方環(huán)保部門對消除大型燃煤電廠煙囪濕煙羽污染也提出了明確要求。2017年10月天津市發(fā)布了《關(guān)于進一步加強我市火電、鋼鐵等重點行業(yè)大氣污染深度治理有關(guān)工作的通知》，文件要求“燃煤企業(yè)應(yīng)利用煙氣溫度控制和其他技術(shù)措施消除燃煤鍋爐產(chǎn)生的有色白煙、石膏雨等現(xiàn)象，即利用相應(yīng)的技術(shù)手段使煙氣中排放的濕度和含濕量降低，并對該過程中煙氣里的過飽和水蒸氣水分進行收集，進而減少煙氣中有機物、硫酸霧、可溶性鹽等凝結(jié)性顆粒物的排放”。河北省大氣污染防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室下發(fā)《河北省鋼鐵、焦化、燃煤電廠深度減排攻堅方案》，河北省燃煤電廠深度減排驗收參照標準中提出了有色煙羽和石膏雨的治理要求，燃煤企業(yè)應(yīng)采取控制煙溫和其他有效的技術(shù)手段，基本消除企業(yè)燃煤鍋爐煙氣中的有色煙羽和石膏雨現(xiàn)象[1]。

1 有色煙羽的形成機理

有色煙羽的形成是由于企業(yè)鍋爐中排放的煙氣一般均處于飽和狀態(tài)，當(dāng)飽和狀態(tài)的煙氣由煙囪排放到大氣中時，飽和煙氣被溫度較低的大氣急劇冷卻，導(dǎo)致飽和煙氣中的水蒸氣被冷凝成液態(tài)，進而煙氣的透射光率會下降，最終在煙囪出口表現(xiàn)出冒白煙的現(xiàn)象；煙囪口排放的煙氣進一步在大氣中進行擴散，煙氣中水蒸氣的濃度逐漸降低，陽光在煙氣中的透射率相應(yīng)的提高，進而導(dǎo)致煙氣中水蒸氣的分壓下降，飽和溫度下降而重新被蒸發(fā)，最終冒白煙的現(xiàn)象逐漸減小直至消失。

在標準大氣壓下、相對濕度為100%時，不同溫度對應(yīng)的飽和煙氣中含濕量的曲線如圖1所示。經(jīng)吸收塔凈化后煙氣為低溫飽和濕煙氣，如圖中B點所示。由于煙囪外環(huán)境溫度較低，從煙囪中排放出的煙氣中的水蒸氣冷凝成液態(tài)，此過程會產(chǎn)生白色煙羽；煙氣的含濕量在其溫度降低的過程中一直處于過飽和狀態(tài)，導(dǎo)致不斷有冷凝液產(chǎn)生；當(dāng)煙氣溫度持續(xù)降低到環(huán)境溫度時，煙氣中的含濕量達到非飽和狀態(tài)，白色煙羽現(xiàn)象隨即消失，此過程如圖1中E點→F點所示。

圖1 白色煙羽的產(chǎn)生機理

2 有色煙羽綜合治理技術(shù)路線

目前“濕煙羽”主要治理技術(shù)是圍繞著提高出口煙溫和降低煙氣含濕量這兩點展開，相應(yīng)的技術(shù)原理主要有煙氣直接加熱技術(shù)、煙氣冷凝技術(shù)和煙氣冷凝+再熱技術(shù)。

2.1 煙氣直接加熱技術(shù)

目前常見的煙氣加熱技術(shù)有兩種方式：煙氣間接加熱技術(shù)和煙氣混合加熱技術(shù)。其中MGGH技術(shù)主要利用煙氣間接加熱技術(shù)，其基本原理為：通過熱媒水為介質(zhì)，首先熱媒水由原煙氣加熱，然后用被加熱的熱媒水加熱脫硫后的凈煙氣，如圖2所示。MGGH技術(shù)主要由煙氣降溫段和煙氣再熱段組成。煙氣降溫段可布置在空預(yù)器與電除塵器之間、電除塵器與引風(fēng)機之間、引風(fēng)機與脫硫吸收塔之間。實際改造時一般布置在空預(yù)器與電除塵器之間、引風(fēng)機與脫硫吸收塔之間、也可能分兩級布置在兩個位置。

圖2 MGGH原理圖

2.2 煙氣冷凝技術(shù)

通過在脫硫后煙道中安裝煙氣冷凝換熱器，通過煙氣換熱降低煙氣溫度，實現(xiàn)降低脫硫后煙氣含濕量。煙氣冷凝技術(shù)主要分為兩種，分別是間接冷凝技術(shù)和直接冷凝技術(shù)。間接冷凝換熱技術(shù)無須額外的加藥系統(tǒng)來維持循環(huán)水水質(zhì)。該技術(shù)相對于直接冷凝換熱技術(shù)換熱效率相對較低，通常使用非金屬材質(zhì)換熱器，換熱面積大。

直接冷凝技術(shù)通常在脫硫設(shè)備后增加冷卻塔，對煙氣通過噴淋水的方式進行降低溫度，噴淋水經(jīng)收集冷卻后再次進入噴淋系統(tǒng)循環(huán)使用，工藝過程如圖3所示。

圖3 直接冷凝換熱系統(tǒng)流程圖

因為噴淋水對煙氣的洗滌作用，煙氣中的SO3、煙塵等會進入噴淋水中，所以噴淋水需要定期通過加藥、澄清等方式進行處理[2]。

2.3 冷凝+再熱技術(shù)

煙氣通過冷凝降溫后，煙氣中的水汽凝結(jié)析出后，通過除霧器等裝置捕集，煙氣中的含濕量明顯降低。再通過煙氣再加熱裝置，煙氣溫度升高進而有效消除有色煙羽。降低煙氣的含濕量和溫度，可明顯降低煙溫升高的幅度，節(jié)約熱源消耗。一般煙氣溫度越高、環(huán)境溫度越低、環(huán)境相對濕度越高，煙溫需要提升幅度降低得越明顯。

3 有色煙羽綜合治理環(huán)境效益

燃煤企業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的SO3氣體，盡管大部分企業(yè)會安裝濕法脫硫工藝對SO3氣體進行處理，但是對煙氣中的SO3氣溶膠的捕集效率較低，大約只有20%~30%左右，據(jù)統(tǒng)計全國火電機組安裝濕法脫硫后SO3排放量67.38萬t·a-1，逃逸SO3形成的硫酸氣溶膠排出到大氣后，直接與大氣中陽離子反應(yīng)生成二次硫酸鹽PM2.5粒子，對大氣環(huán)境造成嚴重的污染。通過煙羽消白技術(shù)回收的冷凝酸液pH值在1.5~2.5，冷凝液中含有大量酸性物質(zhì)，說明煙羽消白技術(shù)能去除排放煙氣中的大量SO3氣體，其中還包括脫硫漿液中揮發(fā)出的酸性物質(zhì)[3]。

燃煤企業(yè)進行有色煙羽綜合治理改造后，有利于污染物的擴散，進一步降低了污染物的濃度。在全年大部分季節(jié)里，可以明顯減緩白色煙羽現(xiàn)象。夏季按初設(shè)排煙溫度從54 ℃降到48 ℃，進行煙氣冷凝后，每臺爐每小時可節(jié)水約32 t。企業(yè)實現(xiàn)超低排放改造后，排放的污染物對環(huán)境質(zhì)量的影響已經(jīng)大大減輕[4-5]。

4 結(jié) 論

燃煤企業(yè)對其排放的煙氣進行有色煙羽綜合治理改造后，明顯降低了污染物的排放濃度。通過有色煙羽治理，不僅有利于對大氣環(huán)境污染的治理，對企業(yè)的節(jié)能提效還有一定的幫助，夏季按初設(shè)排煙溫度從54 ℃降到48 ℃，進行煙氣冷凝后，每臺爐每小時可節(jié)水約32 t。同時燃煤企業(yè)對大氣排放的煙塵、SO3等污染物的總排放量也有不同程度的減輕。

［1］何素娟. 河北省主要城市大氣污染形勢分析與防治對策[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2017.

［2］趙偉華.邢臺市大氣污染治理存在問題和防治對策研究[D].石家莊：河北大學(xué)，2016.

［3］賈飛虎，賈艷樂，李飛，等.邢臺市秋冬季大氣污染綜合治理對策分析及建議[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2019（2）：53-57.

［4］陳浩軍，董銳鋒，楊碩，等.燃煤電廠濕法脫硫煙羽消白技術(shù)路線及效果分析[J].工業(yè)爐，2019，41（6）：55-58.

［5］陳浩軍，董銳鋒，楊碩，等.燃煤電廠“有色煙羽”形成機制與煙羽消白技術(shù)研究[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2019，35（1）：63-66.

Influence of Colored Plume Control of Coal-fired Enterprises on Air Pollution

1,1,2

（1. Xingtai Polytechnic College, Xingtai Hebei 054000, China;2. HCIG Xingtai Thermal Power Co., Ltd., Xingtai Hebei 054000, China）

The main measures for coal-fired enterprises to deal with air pollution prevention and control are deep emission reduction and colored plume control, the colored plume treatment can effectively reduce the emissions of dust and SO3in flue gas. In this paper, the formation mechanism of colored plume was introduced, the technical route of colored plume treatment and the environmental benefits after the treatment were discussed.

Colored plume;Government;Environment

2020年度邢臺市社會科學(xué)發(fā)展研究課題，邢臺大氣污染防治工作的研究——以燃煤企業(yè)為例（項目編號：XTSKFZ2020112）。

2020-11-27

田明（1989-），男，河北省邢臺市人，工程師，碩士，2015年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，研究方向：電廠化學(xué)技術(shù)。

TQ202

A

1004-0935（2021）04-0497-03