郭靜娟

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司西北分公司，西安 710065)

燃煤電站煙囪排放有色煙羽現(xiàn)象研究

郭靜娟

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司西北分公司，西安 710065)

闡述了燃煤電站煙囪排放的有色煙羽(主要是藍(lán)煙、黃煙等)的產(chǎn)生機(jī)制，分析了不同燃煤機(jī)組的運(yùn)行工況、改造工藝等因素對(duì)有色煙羽的影響，結(jié)合現(xiàn)有的工藝及超低排放改造技術(shù)，提出了減輕有色煙羽現(xiàn)象的措施。

燃煤電站；有色煙羽；污染；氣溶膠

1 燃煤電站有色煙羽現(xiàn)象

為降低煙氣排放污染物對(duì)環(huán)境的污染，燃煤電站先后建設(shè)脫硫、除塵、脫硝、脫汞等環(huán)保設(shè)施。但在安裝環(huán)保設(shè)施，尤其是加裝脫硝裝置、電除塵器改為高效電源、拆除脫硫系統(tǒng)煙氣換熱器(GGH)或燃燒高硫煤時(shí)，煙囪排煙出現(xiàn)了不同程度的有色煙羽[1-3]，造成嚴(yán)重的視覺(jué)污染，給周邊生活的群眾帶來(lái)了較多顧慮，更給電廠環(huán)保工作帶來(lái)一定的壓力。

2 燃煤電站有色煙羽產(chǎn)生機(jī)制

脫硫后的煙氣之所以會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)煙或黃煙，是因?yàn)槊涸谌紵^(guò)程中產(chǎn)生了較多的SO2，SO3和NOx等污染物，與水分及細(xì)微的煙塵顆粒物凝聚成一種粒徑與藍(lán)光、黃光波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)臍馊苣z細(xì)顆粒物，被與其光波相當(dāng)?shù)募?xì)顆粒所散射[4]。煙羽拖尾越長(zhǎng)，意味著細(xì)顆粒質(zhì)量濃度越高。煙羽的色度主要受煙氣中可凝結(jié)物和亞微米顆粒質(zhì)量濃度的影響。有色煙羽的產(chǎn)生應(yīng)具備污染物條件和氣象條件。

2.1 污染物條件

大多數(shù)情況下，濕法脫硫后煙氣中存在SO3，形成的硫酸氣溶膠的質(zhì)量濃度超過(guò)71.4 mg/m3時(shí)，會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)的藍(lán)色煙羽，硫酸氣溶膠的質(zhì)量濃度越高，煙羽顏色越濃、長(zhǎng)度也越長(zhǎng)；同時(shí)，硫酸氣溶膠會(huì)在大氣中形成細(xì)顆粒物(PM2.5)，導(dǎo)致霧霾加重[5]。當(dāng)煙氣中存在大量的NO2時(shí)，NO2在光照條件下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，造成O3的累積，O3本身呈現(xiàn)藍(lán)色，且具有強(qiáng)氧化性，將煙氣中的SO2氧化為SO3，導(dǎo)致硫酸氣溶膠的生成；同時(shí)，煙氣中NO2與H2O發(fā)生反應(yīng)，生成硝酸氣溶膠。

2.2 氣象條件

氣象條件也是造成燃煤電站有色煙羽現(xiàn)象的主要條件之一。當(dāng)污染物所在大氣區(qū)域結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、風(fēng)速較低、大氣擴(kuò)散性能較差時(shí)，易造成污染物的積累；太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，引發(fā)O3產(chǎn)生率高，且存在逆溫現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致煙囪排放有色煙羽。

3 有色煙羽產(chǎn)生原因分析

3.1 燃燒高硫煤

從表1和圖1可以看出，#1機(jī)組煙氣中SO2質(zhì)量濃度最高，煙囪排放的SO2質(zhì)量濃度最高，藍(lán)煙現(xiàn)象最為明顯；#2機(jī)組煙氣中SO2質(zhì)量濃度次之，藍(lán)煙現(xiàn)象居中；#3機(jī)組煙氣中SO2質(zhì)量濃度最低，藍(lán)煙現(xiàn)象較其他兩臺(tái)機(jī)組輕：所以，煙氣中SO2質(zhì)量濃度越高(即燃煤含硫量越高)，煙囪排放煙羽顏色越明顯。

表1 不同機(jī)組污染物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

3.2 脫硝裝置催化劑與電除塵放電影響

火電機(jī)組SCR脫硝催化劑V2O5/TiO2在催化還原NOx的同時(shí)會(huì)使一部分SO2氧化生成SO3，電除塵器放電使一部分SO2氧化生成SO3，提高了煙氣中SO3(包括H2SO4)的生成量和排放量。當(dāng)煙囪出口SO3(包括H2SO4)排放質(zhì)量濃度超過(guò)35 mg/m3時(shí)[5]，就會(huì)出現(xiàn)明顯的藍(lán)色或黃色煙羽。

圖1 3臺(tái)機(jī)組煙囪排放煙羽情況

機(jī)組脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中過(guò)量噴氨時(shí)，NH3，H2O與SO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后會(huì)生成極細(xì)的亞微米級(jí)(NH4)2SO4，極易造成有色煙羽現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.3 煙氣換熱器(GGH)拆除

在“一國(guó)兩制”背景之下香港華人企業(yè)家傳統(tǒng)的族群網(wǎng)絡(luò)、地緣關(guān)系、華僑網(wǎng)絡(luò)依然發(fā)揮作用。香港跨界華人企業(yè)家進(jìn)一步加強(qiáng)了與中國(guó)大陸和香港各級(jí)政府的政治聯(lián)系。他們的組織網(wǎng)絡(luò)與關(guān)系從單一的商界領(lǐng)域拓展到大中華地區(qū)更加廣泛的專業(yè)、文化、慈善與政治領(lǐng)域。他們的政治經(jīng)濟(jì)參與層面從香港地方層面拓展到中國(guó)國(guó)家層面乃至國(guó)際層面。他們改變了自身企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系模式，逐步從傳統(tǒng)的家族企業(yè)向現(xiàn)代專業(yè)公司治理轉(zhuǎn)型。作為跨界企業(yè)家他們逐步從代工工廠轉(zhuǎn)型成涉足先進(jìn)制造業(yè)、知識(shí)服務(wù)業(yè)與房地產(chǎn)投資的多元化跨國(guó)集團(tuán)。

GGH拆除后，煙氣含濕量增加，水分的存在加強(qiáng)了SO3氣溶膠的凝結(jié)，細(xì)微顆粒物質(zhì)量濃度增加，導(dǎo)致有色煙羽現(xiàn)象加劇。

3.4 氣象條件

每年11，12，1，2月光照強(qiáng)度弱，有色煙羽現(xiàn)象較為緩和；夏、秋季光照較強(qiáng)時(shí)，煙氣擴(kuò)散能力弱，有色煙羽現(xiàn)象明顯。

4 解決措施

消除有色煙羽是一個(gè)綜合治理的過(guò)程，應(yīng)從以下方面著手：(1)控制煙氣SO3的生成及排放，降低其排放水平(SO3質(zhì)量濃度低于35.7 mg/m3)，控制NOx的排放并合理噴氨；(2)去除亞微米顆粒和酸霧，減少酸性氣溶膠的產(chǎn)生。

4.1 噴堿性物質(zhì)

向爐膛內(nèi)、選擇性催化還原(SCR)裝置后或空氣預(yù)熱器前噴入氧化鈣、氧化鎂等堿性吸收劑，降低煙氣中SO3的質(zhì)量濃度，消除煙囪有色煙羽現(xiàn)象。堿性物質(zhì)不同噴射位置如圖2所示。

圖2 堿性物質(zhì)不同噴射位置

4.2 采用新型脫硝催化劑

采用調(diào)整釩、鎢等元素配比的新型催化劑，在保證脫硝效果的同時(shí)，減低SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率。

4.3 混煤摻燒

采取煤質(zhì)混燒的措施，降低燃煤硫分，減少煙氣中SO2質(zhì)量濃度，進(jìn)而降低SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。

4.4 加裝低低溫省煤器

在一般的電除塵設(shè)備前加裝換熱裝置，煙溫可降至80～95℃，使煙氣中的SO3凝結(jié)并吸附在煙塵顆粒上。SO3的吸附起到飛灰調(diào)質(zhì)作用，飛灰比電阻降低，除塵器效率提高。除塵器效率取決于煙氣中的酸露點(diǎn)以及灰硫比，通常當(dāng)灰硫比超過(guò)100時(shí)，SO3在低低溫省煤器中的去除率可達(dá)95%以上。

4.5 采用濕式靜電除塵器

濕式靜電除塵器(WESP)的濕環(huán)境、低電阻率和高輸入電壓特性使得其能有效地收集亞微米級(jí)顆粒物和酸霧[6-9]。WESP可布置在脫硫吸收塔內(nèi)，也可布置在煙道內(nèi)，收集從脫硫塔逃逸出來(lái)的亞微米級(jí)顆粒物和硫酸霧滴，SO3的脫除率可達(dá)95%。

5 結(jié)論

有色煙羽的產(chǎn)生與煙囪排放口SO2、SO3、NOx、NH3(銨鹽)、細(xì)顆粒物以及氣溶膠等污染物關(guān)系密切，結(jié)合燃煤電站正在進(jìn)行的超低排放改造進(jìn)行調(diào)整，上述氣態(tài)污染物質(zhì)量濃度將會(huì)大幅下降，正常運(yùn)行工況下產(chǎn)有色煙羽現(xiàn)象也會(huì)得到大幅減輕。

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(本文責(zé)編：劉芳)

2016-09-08；

2016-12-14

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1674-1951(2017)01-0073-02

郭靜娟(1986—)，女，河南安陽(yáng)人，工程師，工學(xué)碩士，從事火電廠煙氣脫硫、脫硝技術(shù)工作(E-mail:443676183@qq.com)。