摘要：目前我国燃煤电厂烟气脱硫基本上均使用湿法脱硫工艺，在脱除烟气中二氧化硫的同时，烟气温度降低到约50±5℃，并且大量液态水气化进入烟气中。湿法脱硫工艺后由烟囱排出的湿烟气与大气中温度较低的空气接触发生凝结，形成“白烟”现象，产生视觉污染，环境温度低、除雾效果较差时，还会产生石膏雨现象，为企业带来不良社会影响。如能有效降低湿法脱硫后烟气湿度，不仅可以消除“白烟”这种视觉污染，同时还可以作为治理大气雾霾污染的有效途径之一，同时回收烟气中的水分和余热，可兼顾解决环境污染与社会发展的矛盾。本文就燃煤电厂烟气脱白可行性展开探讨。
关键词：燃煤电厂；烟气脱白；特点；原理
引言
目前，国内燃煤电厂逐步完成了超低排放的工程改造。由于机组选择的技术路线不同、运行工况条件差异、设计裕量过大等原因，超低排放环保系统也暴露出运行能耗高、设备可靠性差、小时均值偶有超标等问题。有研究结果表明运行优化是提高脱硫系统稳定、经济运行的重要手段。
1湿烟羽形成机理
目前国内燃煤电厂在烟气排放前广泛采用湿法脱硫工艺，排放烟气温度降至46-56℃，此时的烟气通常是饱和湿烟气，烟气中含有大量水蒸汽。如果烟气由烟囱直接排出，进入温度较低的环境空气，由于环境空气的饱和湿度比湿烟气低，烟囱排气与温度较低的环境空气混合降温，其中水蒸汽过饱和凝结，对光线产生折射、散射，使烟羽呈现出白色或者灰色的“白烟羽”。白烟羽的形成受多种因素影响，其中有脱硫工艺因素、烟气参数、锅炉运行参数、除雾器性能等因素。环境温度的影响：随着环境温度的降低，湿烟羽长度呈指数关系增加，表明环境温度越低，湿烟羽治理难度越大。烟气温度的影响：烟气温度越低，湿烟羽长度越小，表明采用降温措施可以在一定程度上减弱或消除湿烟羽现象。
2主要的烟羽脱白技术
2.1直接冷凝换热技术
直接冷凝换热技术一般通过在脱硫后增设冷却塔（或在脱硫塔除雾器上部），通过喷淋水降温方式降低烟气温度，喷淋水收集后经过冷却装置降温后再次进入喷淋系统。由于喷淋水对烟气有洗涤作用，烟气中的烟尘、SO3等会进入喷淋水中，因此需要定期对喷淋水进行加药、澄清等处理。该技术特点：直接换热效率高，投资成本低，对脱硫后净烟气中的污染物有二次脱除作用，但是本技术适用于场地条件较好的电厂，适用于缺水地区电厂。
2.2烟气冷凝再加热技术
烟气冷凝再加热技术是烟气冷凝技术和烟气再热技术的有机整合，它的烟气脱白原理是通过冷凝换热的方式将烟气降温，使烟气实现过饱和，饱和水汽凝结成水，经除雾器等装置去除凝结水后，再由烟气再热装置提高净烟气温度，同时降低湿烟气的相对含湿量，从而消除烟羽。通过以上方式结合使用，不但可以达到节水的目的，同时还可以实现烟气中多种污染物的消除。由于烟气含湿量大幅降低，烟气再热的幅度会大大降低，这样可降低烟气再热热源的消耗。
2.3间接冷凝技术
（1）浆液冷凝技术。该技术是在脱硫吸收塔顶层喷淋层或次顶层循环泵出口管道上布置浆液换热器，利用循环水在浆液换热器内降低顶层或次顶层喷淋层浆液温度，降温后的浆液对吸收塔内的饱和烟气进行降温除湿，烟气中的水分析出，实现减少排湿量、节水，从而实现减弱烟羽的形成。该技术也可以有效地减少烟气中的粉尘和可溶性盐。浆液冷凝相变技术主要技术特点：安装方便，可不停机施工，工期短，不增加烟道的阻力，降低净烟气中微细颗粒物、SO3等多种污染物，减排、收水、节能。但是烟气中冷凝水会进入吸收塔内，需要解决原脱硫系统水平衡问题。（2）烟气冷凝的水源。根据冷却水的循环方式，可分为开式循环和闭式循环。一般采用电厂循环水，但是有开式冷却水的项目，优先选择开式冷却水。开式循环即冷却水经过冷凝换热器被加热后直接排放或进入其他水系统。该方式的缺点是需要有大量的水源，同时被升温的水要有排放口，电厂要靠近水源地（如江、海）。优势是能耗主要是水泵以及烟道阻力引起的风机能耗增加。烟气冷却效果主要取决于江水或海水的温度。闭式循环水，即冷却水经过烟气冷凝换热器被加热后，通过电厂冷却塔将冷却水降温，然后循环再次进入烟气冷凝器。冷却水一般采用除盐水。该方式适用范围广。但是该方式会增加冷却塔的能耗，因此整个系统能耗大大增加。且烟气冷却效果受环境空气的温度和湿度、冷却塔的出力影响很大，烟气温度降低效果不如开式冷却水。（3）烟道冷凝烟气技术。在脱硫后烟道中安装烟道冷凝换热器，通过循环水在烟道换热器换热降低烟气温度，实现降低脱硫后烟气含湿量，消除有色烟羽。在脱硫吸收塔出口烟道布置烟道冷凝器和水捕集器。烟道冷凝器用于降低烟气饱和温度，析出水份，水捕集器用来捕集烟气中的水份，同时配以烟气再热装置以提高排烟温度。烟道冷凝器管束需水平布置，有利于凝结水析出。烟道冷凝烟气技术主要特点是不会影响原脱硫系统水平衡，但是烟道冷凝器水平布置，易于积灰，且增加了脱硫系统阻力，并且改造工期长。
3消除烟羽的技术路线
高温烟气在进入吸收塔之前处于不饱和状态。进入吸收塔后，烟气与浆液除了在接触过程中发生化学反应外，还伴随着混合传热过程，烟气冷却释放热量，将浆液中的水分蒸发成水蒸汽吸收热量。随着传热过程的继续，烟气中的水蒸汽含量增加，直到其在出口烟气温度达到接近饱和状态。因此，吸收塔入口处的烟气温度越高，释放的热量越多，并且由于浆料的热吸收产生更多的水蒸汽。烟气蒸发水量与入口烟气量、出口烟温和含湿量有直接关系。吸收塔内蒸发水量的计算式如下:
式中：
吸收塔内蒸发水量，t/h；
入口、出口烟气含湿量。
其中出口含湿量：
式中：
出口温度下的饱和水蒸汽分压，当温度在50℃时，分压为12.34kPa；
吸收塔出口净烟气压力，0.1kPa；
当地大气压，99.81kPa。
在其他参数不变的情况下，蒸发水量与湿度成正比，湿度与出口温度下饱和蒸气压成正比，与当地大气压和吸收塔出口净烟气压力之和成反比，因为Ps值（0.5～2kPa）相对于Pa值（101.3kPa）较小，Ps对湿度的影响很小。此外，PH2O是影响蒸发水量的主要因素，与温度有关，脱硫塔出口烟气含湿量与温度变化曲线如图1所示（横坐标为温度、纵坐标为含湿量）。图3曲线的左侧为烟气过饱和状态，即白烟产生区；右侧为烟气不饱和状态，即无白烟区。烟气经吸收塔净化后为饱和湿烟气（或近似于饱和），此时状态位于曲线上。烟气温度在不断降低的过程中，湿度下降慢，其含湿量一直处于过饱和状态，冷凝液不断产生，对应曲线左侧过饱和区。当烟气温度逐渐降至环境温度，含湿量下降至环境温度下的饱和状态以下及处于非饱和状态时，此时白色烟羽消失。
图1脱硫塔出口烟气含湿量与温度变化曲线
4、间接冷凝技术的实际应用
阚山电厂采用浆液冷凝技术，分别在脱硫吸收塔顶层及次顶层循环泵出口管道上布置浆液换热器，降温后的浆液对吸收塔内的饱和烟气进行降温处理，使得烟气中的水分析出，实现减少排湿量，节水，减弱烟羽的形成。目前能够达到夏季(4-10月)：湿度＜10.4%，温度＜47℃。冬季(11-3月)：湿度＜9.5%，温度＜45℃。并完成了水平衡试验，采用滤液制浆建立新的水平衡，实现脱白系统连续运行。
结语
采用烟气冷凝技术可以有效降低烟气的含湿量，对冷凝形成的液滴实现有效捕集，可以实现节能、节水、多污染减排、消除白色烟羽等多种功能，具有良好的环境、经济、社会效应，符合我国节能减排的政策要求，为我国烟煤电厂节能减排和治理白色烟羽提供了很好的技术改造思路，同时达到深度治理减排的要求。
参考文献：
[1]姚增权.湿烟气的抬升与凝结[J].国际电力,2017,7(01):42-46.
[2]李森,余娟丽,惠世恩等.湿法脱硫系统中烟气排放问题的探讨[J].热力发电,2016,32(11):2-5.
论文作者:杨春燕,刘文政
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/4
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