摘要：随着国家超低排放改造的推进，大部分燃煤电厂采用了“石灰石-石膏”湿法脱硫工艺，烟气由干烟气转变为湿烟气，大量液态水被气化进入烟气中。烟囱排出的湿烟气与温度较低的环境空气发生接触，在烟气降温过程中，烟气中所含水蒸汽过饱和凝结，凝结水滴对光线产生折射、散射，从而使烟羽呈现出白色或者灰色，称其为“白烟”。为适应更加严苛的环保要求，燃煤电厂烟气脱白势在必行，本文介绍目前几种主流的烟气脱白技术路线，并进行优劣势分析。
关键词：白色烟雨；烟气脱白；GGH；水平衡；冷源
1白色烟羽形成原因
国内燃煤机组烟气脱硫多数采用“石灰石-石膏”湿法脱硫工艺，在湿法脱硫系统中，脱硫浆液和高温烟气直接接触，浆液中水分吸热汽化，使烟气增湿冷却，含湿量增加，同时烟气露点温度升高，大部分机组净烟气温度在45~55℃之间。饱和湿烟气直接从烟囱排放，当外界温度低于其露点温度，大量水蒸汽凝结为小水滴，容易发生结露，由此产生“白烟”现象。
图1展示了燃煤电厂中白烟产生的过程：曲线下方表示空气实际湿度小于空气饱和湿度，在此状态下不会有水蒸气析出；曲线上方表示空气湿度大于空气饱和湿度，在此状态下空气凝结水析出，于是产生“白烟”。
图1 白烟产生机理示意图
2我国各地方政策背景
我国国家排放标准中目前没有对烟囱排烟温度作出明确规定，但是近年以来，一些地方政府相继出台了“深度减排”的攻坚方案。
2017年6月7日，上海市环保局印发了《上海市燃煤电厂石膏雨和有色烟羽测试技术要求（试行）》，要求燃煤电厂采取措施消除石膏雨和白色烟羽规定了测试技术的方法。此后，天津市、河北省、浙江省也相继出台了消除有色烟羽的相关标准。
镇江市政府2018年8月下发了《镇江市人民政府关于加快推进全市燃煤发电企业实施烟气综合治理的通知》，并向镇江市各燃煤发电企业发出《关于恳请支持我市燃煤发电企业实施烟气综合治理的函》，要求达到如下烟气综合排放标准：烟囱入口处烟温不高于45℃，烟气含湿量不高于9.5%，夏季（6月15日-9月15日）烟囱入口处烟温不高于47 ℃，烟气含湿量不高于10.4%。
3白色烟羽治理的意义
3.1协同脱除可凝结颗粒物和超细粉尘
烟囱的白烟虽然是水蒸汽造成的，但还含有随之排放的污染物，如微细颗粒物、SO3气溶胶、可溶性盐等，学术界部分学者认为上述污染物对雾霾的形成有重要贡献，虽然目前该观点还存在争议，但烟囱“白烟”的排放是作为了烟气中伴随其排放的污染物排放的表征。因此，烟气消白是在国内某些区域绝大部分燃煤发电机组已经实现了烟气超低排放，但却没有完全消除该区域频发的雾霾天气而采取的另一环保改造举措。
3.2消除（减轻）视觉污染
早在白色烟羽治理政策之前，一些近市区或毗邻居民区的电厂烟囱排放“白烟”会对周围居民造成视觉污染，一些配备湿法烟气脱硫装置的企业已经采用WGGH进行了消白烟的改造。已经完成WGGH是没有地方政策指导和约束条件下进行的，目前是否符合当地最新政策需要重新评估。
3.3回收水资源
我国相当一部分燃煤机组建设在缺水地区。燃煤电厂排放大量的“白烟”的同时也会消耗大量的水分。以一台300MW机组为例，如果通过冷凝消白的方案，每小时可回收20~40吨/小时的烟气凝结水。
4主要治理技术路线及优劣势对比
目前主要的技术流派如下：
4.1烟气再热：通过对饱和净烟气进行加热升温，通过使烟气有一定的不饱和度实现消除或减轻“白烟”，但本身不会减少烟气中水蒸汽和污染物的排放量，在要求比较高时需要较高的能耗。通常做法是将脱硫后45～55℃的湿烟气加热到70～80℃后再排放。该技术路线的方案主要有GGH、WGGH、热风再热等，WGGH为目前主流发电机组应用技术。
4.2降温冷凝除湿：通过降低净烟气温度，进而减小烟气蒸汽饱和度，析出烟气过饱和部分水蒸汽并进行回收，可以减少烟气中水蒸汽和污染物的排放量，但要达到完全消除“白烟”，需要较大的初投资。烟气中水蒸汽在降温过程中相变析出，将微细颗粒物、气溶胶、可溶性盐等细微颗粒作为凝结核，对其有很好的去除作用，达到了污染物去除的目的。
烟气冷凝意味着部分过饱和水蒸汽将析出变成冷凝水，水蒸汽冷凝同时会释放大量的汽化潜热，该部分热量远大于该段温降的烟气释放的显热，需要冷源将这两部分热量带走。冷源的选择有江河水和海水，新建通风冷却塔，烟气与空气进行热媒式换热。
烟气冷凝方案可采用塔内浆液冷凝方案或塔外间壁式冷凝方案，系统图如图2和图3所示。
（一）塔内冷凝方案
图2 塔内冷凝技术流程图
（1）塔内浆液冷凝技术的优势
①换热效率高：浆液换热为水/水专用换热器，浆液/烟气为无端差混合换热；降温段/升温段为专用换热器，效率高，端差小；
②烟道阻力增加小。浆液侧阻力约为0.9米水柱，即使配套WGGH，烟气再热时降温段和升温段换热器烟气侧总阻力也会减小，运行功耗小，投资成本低；
③冷凝水析出过程在吸收塔内、除雾器前，不需要另设除雾器。
（2）劣势
烟气中冷凝下来的凝结水与浆液无法分离，直接进入吸收塔，对脱硫水平衡有影响。
目前决水平衡问题的措施是将部分脱硫浆液抽出进行旋流、过滤设备的净化，达到作为除雾器冲洗水的标准，替代原除雾器冲洗水，减少脱硫吸收塔进水。
（二）塔外冷凝方案
图3 塔外冷凝技术流程图
（1）优势
①冷凝回收的水可以单独收集处理回用，不影响脱硫水平衡；
②系统独立，不影响其他设备运行。
（2）劣势
①换热器选用腐蚀能力强的材质时，通常存在体积大、造价高的问题。
②换热器后需增设烟道除雾器。
③换热器和除雾器均会产生一定系统阻力，会产生一定的电耗，在引风机裕量不足的情况下还需进行风机改造。
5结论
直接对饱和净烟气进行加热升温，实现消除或减轻“白烟”，本身不会减少烟气中水蒸汽和污染物的排放量，不满足地方政府最新出台的烟气脱白要求。塔内冷凝和塔外冷凝两种方案均可实现烟囱排烟的烟温和湿度要求，塔内浆液冷凝技术最大的瓶颈是脱硫系统水平衡问题，如能保证脱硫系统水平衡，塔内浆液冷凝技术具备改造工期短投资小等优势。
论文作者:王涵益
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
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