燃煤供热机组采用湿法脱硫后对“白色烟羽”的治理方案

【摘  要】从湿法脱硫烟气特性及“白色烟羽”现象出发，利用温湿图分析了采用湿法脱硫工艺的燃煤机组烟囱出口容易形成“白色烟羽”的原因，指出目前普遍采用的直接加热法虽然能够消除“白色烟羽”，但会增加机组的运行能耗，最后提出采用先冷凝再加热的工艺是治理“白色烟羽”的有效措施。

【关键词】白色烟羽; 湿烟气; 加热; 冷凝;

0引言

我国大部分燃煤发电机组脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，该工艺可使烟气温度降低至45～55℃，这些低温饱和湿烟气直接经烟囱进入大气环境，遇冷凝结成微小液滴，从而产生“白色烟羽”。虽然单纯的“白色烟羽”对环境质量没有影响，但是影响环境感观，有时甚至会被误认为有毒、有害废气，对周围居民生活造成一定的困扰，环保局就经常接到类似投诉。因此，许多燃煤电厂把消除“白色烟羽”作为超低排放改造的重要内容之一。

1 湿法脱硫烟气特性及“白色烟羽”现象

1.1湿法脱硫烟气特性

湿法烟气脱硫系统中，吸收塔出口凈烟气温度一般为45～ 55℃（褐煤）。烟气最重要的特性是处于湿饱和状态，即液态水与汽态水共存于烟气之中。由于环境温度总是低于烟气温度，因此当烟气排入大气时会因环境吸热而造成烟气湿度增加，甚至降温析出饱和水。

1.2“白色烟羽”现象

湿法烟气脱硫系统吸收塔出口净烟气由于处于湿饱和状态，在流经烟道、烟囱排入大气的过程中因温度降低，烟气中汽态水会有所凝结，液态水在烟气中的含量会增加，在烟囱出口形成“白色烟羽”现象。

2.“白色烟羽”形成机理

锅炉烟气在经过湿法脱硫后直接排放之所以会产生“白色烟羽”，是因为在脱硫塔中，高温烟气与脱硫浆液接触，发生传质、传热。一方面烟气温度降低，烟气携带水蒸汽的能力降低;另一方面，水分蒸发，增加烟气的含湿量。烟气在达到饱和状态后，会携带小液滴。这些携带小液滴的饱和湿烟气经除雾器除去绝大部分液滴后，如果直接经烟囱排入大气，由于环境温度比烟气温度低，饱和湿烟气中的水分就会凝结成小液滴形成“白色烟羽”。

大气环境因素中，环境温度、湿度、大气压力都对“白色烟羽”的形成有影响，其中环境温度的影响最大，所以这里仅讨论和分析环境温度的影响情况。

3“白色烟羽”问题治理方案

3.1 直接加热烟气法

加热烟气法就是将脱硫后温度为45～55℃的烟气加热到70～80℃再排放，使烟气远离水的露点温度，从而避免水蒸气凝结而形成“白色烟羽”。加热烟气法一般有以下三种。

（1）利用锅炉二次风加热净烟气：从锅炉空预器后二次风风道抽取一部分热二次风，直接送入脱硫系统出口净烟气烟道与净烟气混合。热二次风与脱硫后净烟气混合加热后，提升净烟气温度至75℃左右，使净烟气中水蒸气温度高于露点温度，减少了烟道烟气结露，并提高了烟囱排烟的抬升高度。

（2）利用原烟气加热净烟气（回转式气气换热器、管式气气换热器）：即GGH加热法或热管换热器加热法。此法系统复杂、投资高，目前已放弃。

（3）在烟囱底部利用清洁燃料来加热净烟气：在烟囱底部利用清洁燃料燃烧产生热量来加热烟气。

脱硫后的湿烟气要再加热到多高的温度才能消除“白色烟羽”，不仅与环境空气的温度和湿度密切相关，而且与脱硫塔出口的湿烟气温度也密切相关。对于50℃的湿烟气，在10℃的环境温度下只要加热到71.4℃以上就可消除“白色烟羽”，而在5℃的环境温度下则需要加热到86.2℃以上。对于脱硫塔出口温度较高的湿烟气，则需要再加热的温度更高一些。

将脱硫塔出口的湿饱和烟气直接加热到一定温度后再排放能够消除“白色烟羽”，但是会增加发电机组的能耗。

3.2 先冷凝再加热法

假设湿烟气的初始温度为55℃，环境温度为20℃。如果采用直接加热法，需要将湿烟气加热到72℃以上才能消除“白色烟羽”，温差为17℃;而如果先将湿烟气冷凝到50℃除去湿烟气中的部分水分，然后再加热到60℃，就能消除“白色烟羽”，而其温差仅为10℃。通过这种先冷凝再加热湿烟气的方法，一方面可以在冷凝过程中回收湿烟气冷凝放热量和凝结下来的水;另一方面由于冷凝后湿烟气需要再加热的温度降低，而且水分析出后湿烟气的定压比热降低，因此冷凝后湿烟气需要再加热的热量大为减少。

这里以某亚临界300MW机组为例来分析计算先冷凝再加热工艺的能耗情况。假定脱硫塔出口湿烟气温度为55℃，夏季利用凝结水将其冷凝到50℃，加热后的凝结水回到轴封加热器的出口，冬季利用热网循环水将其冷凝到50℃，加热后的热网循环水回到热泵入口。

亚临界300 MW机组额定工况下，脱硫塔出口湿烟气量约为1100 t/h，而标准大气压下55℃、50℃饱和湿烟气的含湿量分别约为114.6 g/kg（烟气）和86.4 g/kg（烟气），湿烟气比热约为1.1 k J/kg·K。因此，湿烟气从55℃冷凝到50℃，凝结水的速率约为31.02 t/h，放热量速率约为79.5GJ/h（包含部分潜热放热）;而假定环境温度为20℃，为消除“白色烟羽”将冷凝后的湿烟气通过管式气气换热器加热到60℃每小时需要的热量仅为17.6 GJ。而直接加热法将55℃的湿烟气加热到72℃每小时需要的热量为26.5GJ。因此，通过先冷凝再加热工艺，不仅每小时可回收31.02 t的水和79.5 GJ的余热，而且每小时还可节约8.9GJ的加热能耗。尽管这些余热品质较低，，但是可以弥补因烟气冷却、加热过程而增加的能耗;回收的冷凝水则可以加以综合利用。因此，对脱硫塔出口湿烟气先冷凝再加热是一种“白色烟羽”的节能治理方案。

4 结束语

“白色烟羽”虽然对环境质量没有影响，但是影响环保感观，应加以治理。通过先冷凝再加热处理，能回收部分余热来弥补机组能耗，且能够回收一些冷凝水加以综合利用，是一种节能型的“白色烟羽”治理方案。

参考文献：

[1]王颖聪.湿法脱硫烟气石膏雨成因分析及处理方案综述[J].华北电力技术，2012（10）：68-71，75.

[2]李春萱，黄淑芳，杨征，等.气-气换热器在湿法烟气脱硫中的新应用[J].热力发电，2006，35（7）：60-62.

作者简介：

郭文华，1979年-，高级工程师，长期从事发电厂运行技术管理，山西大唐国际云冈热电有限责任公司。

（作者单位：山西大唐国际云冈热电有限责任公司）