上海理工大學(xué) 王明鑫 章立新 高 明 劉婧楠國家能源(上海)電站空冷系統(tǒng)研發(fā)中心 尚立新

一次修回：2020- 06- 27

二次修回：2021- 02- 01

0 引言

目前我國90%以上的燃煤機(jī)組都采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)吸收脫除煙氣中的SO2[1]。經(jīng)過濕法脫硫后的煙氣一般為45～55 ℃的低溫飽和濕煙氣，含濕率約為10%～14%[2]。煙囪排出的飽和濕煙氣與環(huán)境中的低溫空氣混合，在混合過程中煙溫逐漸降低，煙氣中的水蒸氣過飽和冷凝成液滴，凝結(jié)的細(xì)小液滴對光線產(chǎn)生折射及散射，從而在煙囪附近產(chǎn)生白色或灰色的濕煙羽，俗稱“白煙”[3]。濕煙羽不僅會造成嚴(yán)重的視覺污染，也會產(chǎn)生“石膏雨”[4]，帶來一系列環(huán)境問題。

煙氣加熱、冷凝和冷凝再熱的煙氣消白技術(shù)[5]在工程上已有應(yīng)用，這些技術(shù)通過調(diào)整排煙的溫濕度來消除濕煙羽，因此需要確定濕煙羽的形成條件，即煙氣消白的臨界條件[6]。目前的理論計算與研究多以煙氣在大氣中的抬升運(yùn)動模型為基礎(chǔ)。Morton首先提出了干煙氣在大氣中的浮動模型，并建立了干煙氣的質(zhì)量、動量及能量守恒方程[7]。Csanady發(fā)展了該理論，在守恒方程的基礎(chǔ)上考慮了濕煙氣中水蒸氣的冷凝，對動量及能量守恒方程進(jìn)行了補(bǔ)充，并提出了水蒸氣/液態(tài)水質(zhì)量守恒方程，對含有大量水蒸氣的濕煙氣的冷凝情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在充分混合的條件下，濕煙氣中的水蒸氣在距排煙口一定距離處開始冷凝，并在較大距離處再次蒸發(fā)[8]。Wigley等人進(jìn)一步研究確定了濕煙氣的冷凝點距煙囪很近或根本不發(fā)生冷凝，并分析了避免濕煙羽形成的條件[9]。國內(nèi)部分學(xué)者也在Morton等人的研究基礎(chǔ)上對濕煙氣擴(kuò)散和濕煙羽問題進(jìn)行了相關(guān)研究。姚增權(quán)通過求解濕煙氣守恒方程組，研究了在不同環(huán)境和排煙條件下脫硫濕煙氣的抬升與凝結(jié)問題[10-11]。馬修元等人通過數(shù)值計算分析了多種煙氣消白方式的特點，發(fā)現(xiàn)煙氣冷凝再熱應(yīng)用范圍最廣，煙氣加熱次之，煙氣冷凝最小[12]。除以上研究方法外，目前還有部分學(xué)者采用較為簡單的溫濕圖切線模型對濕煙羽的成因及消散進(jìn)行了研究。譚厚章等人基于溫濕圖切線模型對7種濕煙羽脫除方式進(jìn)行了理論分析[13]。范江等人以不同地區(qū)為例，采用溫濕圖切線法計算了燃煤機(jī)組的消白條件[14]。另外，章立新等人還利用溫濕圖對蒸發(fā)冷卻設(shè)備新型消霧設(shè)計進(jìn)行了機(jī)理分析[15]。

目前大多數(shù)研究均采用成熟的濕煙羽抬升模型和簡單的溫濕圖切線模型進(jìn)行煙氣消白臨界排煙溫度的分析與計算。2種模型得到的消白臨界排煙溫度是否存在偏差及偏差大小尚不清楚，這會影響煙氣消白方式的選擇及工程應(yīng)用。本文通過詳細(xì)推導(dǎo)得到了2種模型煙氣消白臨界排煙溫度的計算公式，針對不同的煙氣消白方式，計算并對比分析了消白臨界排煙溫度，以期為工程應(yīng)用和消白標(biāo)準(zhǔn)制定提供理論參考。

1 主要消白方式

為避免濕煙羽的產(chǎn)生，需要通過一定的技術(shù)手段改變排煙的狀態(tài)，確保濕煙氣與空氣混合擴(kuò)散過程中始終不會處在過飽和區(qū)，這樣煙氣中的水蒸氣就不會過飽和凝結(jié)，產(chǎn)生白煙[16]。

圖1顯示了目前主流的3種煙氣消白方式。

1) 煙氣加熱：通過加熱使煙氣從初始狀態(tài)點A沿等濕線升溫至狀態(tài)點E后排放，降低了煙氣的相對濕度，排出的煙氣沿ED線與環(huán)境空氣狀態(tài)點D混合，確保煙氣不會變?yōu)檫^飽和狀態(tài)，其中E點溫度為該方式所要求的煙氣加熱到的臨界排煙溫度，A點和E點的溫差為臨界加熱升溫幅值，只有排煙溫度高于E點溫度，才能有效避免濕煙羽。

2) 煙氣冷凝：通過冷凝使煙氣從初始狀態(tài)點A沿飽和線降溫至狀態(tài)點C后排放，降低了煙氣的含濕量，排出的煙氣沿CD線與環(huán)境空氣狀態(tài)點D混合，確保煙氣不會變?yōu)檫^飽和狀態(tài)，其中C點溫度為該方式所要求煙氣冷凝到的臨界排煙溫度，A點和C點的溫差為臨界冷凝降溫幅值，只有排煙溫度低于C點溫度，才能有效避免濕煙羽。

3) 煙氣冷凝再熱：通過先冷凝、后加熱，使煙氣從初始狀態(tài)點A沿濕飽和線降溫至狀態(tài)點B，再沿等濕線升溫至狀態(tài)點F后排放，降低了煙氣的含濕量和相對濕度，排出的煙氣沿FD線與環(huán)境空氣狀態(tài)點D混合，確保煙氣不會變?yōu)檫^飽和狀態(tài)，其中B點溫度為起始再熱點煙溫，F(xiàn)點溫度為再熱所要求加熱到的臨界排煙溫度，A點和B點的溫差為冷凝降溫幅值，B點和F點的溫差為臨界再熱升溫幅值，只有排煙溫度高于F點溫度，才能有效避免濕煙羽。

2 數(shù)學(xué)模型

濕煙羽的形成是由環(huán)境溫濕度和排放濕煙氣溫濕度共同決定的[17]。因此需要結(jié)合氣象條件及排煙條件，通過數(shù)值計算確定經(jīng)消白處理的煙氣排入環(huán)境后不發(fā)生過飽和冷凝的臨界排煙溫度[18]。

2.1 濕煙羽抬升模型

借鑒文獻(xiàn)[8]中的濕煙羽抬升模型進(jìn)行分析計算。文獻(xiàn)[8]通過假設(shè)煙羽在橫截面上溫度、密度恒定及煙羽在環(huán)境中穩(wěn)定擴(kuò)散，構(gòu)建了濕煙羽的抬升運(yùn)動模型，導(dǎo)出了考慮水蒸氣冷凝的水蒸氣/液態(tài)水質(zhì)量守恒方程、考慮冷凝液滴重力的動量守恒方程及考慮水蒸氣相變潛熱的能量守恒方程，預(yù)測了濕煙氣與環(huán)境空氣混合過程中的冷凝情況，給出了濕煙羽在空氣中抬升擴(kuò)散時發(fā)生冷凝后的水蒸氣/液態(tài)水質(zhì)量守恒及能量守恒方程組，并通過簡化推導(dǎo)方程組得出了煙氣在假設(shè)條件下的狀態(tài)變化方程組。

本文在煙氣狀態(tài)變化方程基礎(chǔ)上建立了濕煙羽生成的判別式，具體推導(dǎo)如下。

考慮到煙氣中水蒸氣的冷凝只導(dǎo)致水蒸氣和液態(tài)水的含量發(fā)生變化，水蒸氣/液態(tài)水質(zhì)量守恒方程為

(1)

式中u為煙羽水平方向平均風(fēng)速，m/s；R為煙羽半徑，m；d為煙氣含濕量，g/kg；da為空氣含濕量，g/kg；σ為煙氣中液態(tài)水含量，g/kg；w為煙羽豎直方向平均速度，m/s；G為空氣含濕量的豎直梯度變化量，G=dd/dz。

考慮水蒸氣相變潛熱時的能量守恒方程為

(2)

式中b為浮力加速度，m/s2，b=g(ρa(bǔ)-ρ)/ρ=g(T-Ta)/Ta，其中g(shù)為自由落體加速度，m/s2，ρa(bǔ)和ρ分別為空氣和煙氣的密度，kg/m3，T和Ta分別為煙氣和空氣的溫度，K；N2為Vaisala頻率，反映空氣溫度的豎直梯度變化情況，N2=-(g/Ta)dθ/dz，其中θ為位勢溫度，K；λ為近似常數(shù)，λ=L/(cpaTa)，其中L為汽化潛熱，kJ/kg，cpa為空氣比定壓熱容，kJ/(kg·K)。

式(2)中，gλud(R2σ)/dx項是由水蒸氣相變潛熱引起的。

引入動量通量M=uR2w、浮力通量F=uR2b、重量通量S=uR2gσ及濕度通量H=uR2(d-da)，簡化式(1)、(2)得：

(3)

(4)

對于穩(wěn)態(tài)環(huán)境，在沒有溫度梯度和濕度梯度的情況下，假定煙氣抬升過程中N2=G=0；當(dāng)煙氣即將發(fā)生冷凝時，煙氣中尚無液態(tài)水，即S=0?？梢缘玫剑?/p>

(5)

(6)

解式(5)、(6)得：

d=da+(d0-da)X

(7)

T=Ta+(T0-Ta)X

(8)

式(7)反映了實際煙氣含濕量d隨量綱一距離變量X的變化情況。

對處于飽和狀態(tài)的濕煙氣，可采用Clausius-Clapeyron方程[19]求解飽和煙氣含濕量ds：

(9)

式中dsa為飽和空氣含濕量，g/kg；β=L/(Rv·Ta)≈17，其中Rv為蒸汽氣體常數(shù)，kJ/(kg·K)。

將式(8)代入式(9)得：

(10)

式(10)反映了飽和煙氣含濕量ds隨量綱一距離變量X的變化情況。

在以上文獻(xiàn)所做工作的基礎(chǔ)上，本文將式(7)與式(10)相減得：

(11)

式(11)即為排出煙氣的實際含濕量與飽和含濕量差值隨量綱一距離變量X的變化情況，函數(shù)F(X)是判斷煙氣排放后是否過飽和冷凝產(chǎn)生濕煙羽的關(guān)鍵，能明確濕煙氣擴(kuò)散過程中的飽和程度，進(jìn)而得到濕煙羽生成判斷條件。判斷條件如下：

1)F(X)max>0，過飽和冷凝，產(chǎn)生濕煙羽；

2)F(X)max≤0，處于臨界飽和狀態(tài)或不飽和狀態(tài)，不產(chǎn)生濕煙羽。

函數(shù)F(X)在?F(X)/?X=0處取最大值F(X)max：

F(X)max=da+dsaY0(lnY0-1)

(12)

其中

(13)

式中ds0為排煙口飽和煙氣含濕量，g/kg。

避免濕煙羽的臨界條件為F(X)max=0，此時式(12)變?yōu)?/p>

da=dsaY0(1-lnY0)

(14)

通過式(14)可迭代計算出Y0。將式(13)變形為

(15)

對于煙氣冷凝消白方式，煙氣始終處于飽和狀態(tài)，即d0=ds0，可通過式(15)計算出不同環(huán)境溫濕度下的消白臨界排煙溫度T0；對于煙氣加熱消白方式和煙氣冷凝再熱消白方式，煙氣加熱和再熱過程中含濕量未發(fā)生改變，因此在已知加熱和再熱前的飽和濕煙氣狀態(tài)條件下可計算出d0，并進(jìn)一步通過式(15)計算出不同環(huán)境溫濕度下的消白臨界排煙溫度T0。

2.2 溫濕圖切線模型

溫濕圖切線模型(見圖1)是在溫濕圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的煙氣計算，相對于濕煙羽抬升模型較為簡便。該模型主要采用經(jīng)驗公式進(jìn)行相應(yīng)計算[14]。

采用Antoine方程[20-21]計算濕煙氣中飽和水蒸氣分壓力，即

(16)

式中ps為飽和水蒸氣分壓力，MPa。

含濕量計算公式為

(17)

式中φ為煙氣相對濕度；p為煙氣總壓力，取0.1 MPa[22]。

由式(16)、(17)可得：

(18)

當(dāng)φ=100%時，就建立了飽和濕煙氣含濕量與溫度的關(guān)系，即

(19)

dds/dT=f′(T)便是飽和曲線上各點對應(yīng)導(dǎo)數(shù)的函數(shù)方程：

(20)

當(dāng)環(huán)境溫濕度已知時，建立經(jīng)過環(huán)境狀態(tài)點D與飽和曲線相切的切線DE(如圖1所示)的方程：

f′(Tt)(Tt-Ta)+da=dst=f(Tt) (21)

式中Tt為切點溫度，K；dst為切點飽和含濕量，g/kg。

通過式(21)可計算出飽和曲線上切點C的溫度Tt，此溫度也是煙氣冷凝消白方式的消白臨界排煙溫度。

煙氣加熱方式和煙氣冷凝再熱方式沿等濕線AE和BF進(jìn)行加熱，其臨界排煙狀態(tài)點E和F處在切線DE與等濕線AE和BF的交點上，建立關(guān)于E點和F點的含濕量計算式：

f′(Tt)(Tout-Ta)+da=dA=f(TA) (22)

f′(Tt)(Tout-Ta)+da=dB=f(TB) (23)

式(22)、(23)中TA為初始狀態(tài)點飽和濕煙氣溫度，K；TB為起始再熱狀態(tài)點飽和濕煙氣溫度，K；Tout為煙氣加熱方式或煙氣冷凝再熱方式的消白臨界排煙溫度，K。

通過式(22)、(23)可計算出煙氣加熱方式和煙氣冷凝再熱方式的臨界排煙溫度Tout。

2.3 模型分析及計算流程

通過冷卻塔消白試驗結(jié)果對比分析濕煙羽抬升模型與溫濕圖切線模型的準(zhǔn)確性。在環(huán)境溫度為5 ℃、相對濕度為50%時，濕煙羽抬升模型得到的冷凝消白方式下的臨界排煙溫度為18.2 ℃，溫濕圖切線模型分析得到的臨界排煙溫度為17.0 ℃，而試驗得到的白煙消散時的排煙溫度為18.0 ℃，這說明濕煙羽抬升模型與溫濕圖切線模型相比，具有較高的準(zhǔn)確性。濕煙羽抬升模型與溫濕圖切線模型的具體對比分析見表1。

表1 2種模型的對比分析

本文主要針對2種模型下的消白臨界排煙溫度進(jìn)行分析。圖2顯示了2種模型的主要計算流程。

注：T01、T02分別為濕煙羽抬升模型和溫濕圖切線模型的計算結(jié)果；ΔT為2種模型計算結(jié)果的偏差。圖2 2種模型的主要計算流程

3 結(jié)果與討論

本研究采用2種模型，假定脫硫后未經(jīng)消白的飽和濕煙氣溫度為50 ℃，在不同環(huán)境狀態(tài)下，對比分析了3種消白方式臨界排煙溫度計算值的偏差。

濕煙羽的產(chǎn)生在很大程度上由環(huán)境條件和排煙溫度決定。當(dāng)直排煙氣溫度和環(huán)境相對濕度一定，環(huán)境溫度低于某一值時，就會產(chǎn)生濕煙羽，將該環(huán)境溫度定義為無白臨界環(huán)境溫度。當(dāng)環(huán)境溫度和環(huán)境相對濕度一定時，經(jīng)過加熱或冷凝再熱消白處理后的排煙溫度高于某一值時，或者經(jīng)過冷凝消白處理后的排煙溫度低于某一值時，煙氣與環(huán)境空氣混合不會產(chǎn)生濕煙羽，將該排煙溫度定義為消白臨界排煙溫度。

3.1 煙氣直排分析

圖3顯示了2種模型計算的50 ℃飽和濕煙氣在環(huán)境相對濕度10%～90%范圍內(nèi)的無白臨界環(huán)境溫度。

圖3 煙氣直排時無白臨界環(huán)境溫度對比分析

從圖3可以發(fā)現(xiàn)：2種模型得到的結(jié)果變化趨勢一致，隨著環(huán)境相對濕度的增大，無白臨界環(huán)境溫度也逐漸增大；溫濕圖切線模型的計算值皆大于濕煙羽抬升模型，隨著環(huán)境相對濕度的增大，偏差逐漸減小，當(dāng)環(huán)境相對濕度為10%時，2種模型的最大偏差為1.2 ℃；當(dāng)環(huán)境相對濕度為90%時，偏差僅為0.2 ℃。這說明溫濕圖切線模型滿足濕煙羽抬升模型對無白臨界環(huán)境溫度的要求，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到溫濕圖切線模型的臨界值時，直排煙氣不會產(chǎn)生白煙，且相對濕度越高，該模型準(zhǔn)確性越高。

我國大部分地區(qū)的平均相對濕度為40%～80%[23]。在此情況下，溫濕圖切線模型所要求的煙氣直排時的無白臨界環(huán)境溫度需達(dá)到35.2～40.3 ℃；濕煙羽抬升模型所要求的煙氣直排時的無白臨界環(huán)境溫度需達(dá)到34.3～39.9 ℃。2種模型的結(jié)果皆表明煙氣直排只能適合高溫干燥地區(qū)或天氣炎熱的夏季，在大多數(shù)氣象條件下需要對煙氣采取消白措施才能消除濕煙羽。

3.2 煙氣加熱

圖4顯示了2種模型計算的50 ℃飽和濕煙氣在加熱消白方式下，環(huán)境溫度為5～30 ℃、環(huán)境相對濕度為20%～80%時的消白臨界排煙溫度的變化規(guī)律及計算偏差。由圖4a可知，2種模型的計算值變化趨勢一致。

圖4 煙氣加熱消白方式下臨界排煙溫度對比分析

當(dāng)環(huán)境相對濕度一定時，環(huán)境溫度越低，消白臨界排煙溫度越高，煙氣加熱消白方式的臨界加熱升溫幅度越大。環(huán)境相對濕度為40%，環(huán)境溫度降至5 ℃時，消白臨界排煙溫度升到了100 ℃以上，臨界加熱升溫幅度超過了50 ℃。

當(dāng)環(huán)境溫度一定時，環(huán)境相對濕度越高，消白臨界排煙溫度越高，煙氣加熱消白方式的臨界加熱升溫幅度越大，并且隨著環(huán)境溫度的降低，環(huán)境相對濕度的影響更加明顯。環(huán)境溫度為5 ℃，環(huán)境相對濕度升至80%時，消白臨界排煙溫度升到了135 ℃以上，臨界加熱升溫幅度超過了85 ℃。

加熱方式下2種模型的消白臨界排煙溫度與環(huán)境溫度負(fù)相關(guān)，與環(huán)境相對濕度正相關(guān)。消白臨界排煙溫度越高，臨界加熱升溫幅度就越大，會消耗大量的熱能，不利于電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，2種模型的計算值皆說明了低溫高濕環(huán)境不利于加熱消白。

由圖4可以看出，溫濕圖切線模型的消白臨界排煙溫度比濕煙羽抬升模型高3.5～4.5 ℃，并且隨著環(huán)境相對濕度的增大，偏差逐漸減小。這說明溫濕圖切線模型滿足濕煙羽抬升模型對消白臨界排煙溫度的要求，當(dāng)煙溫升到溫濕圖切線模型的臨界值時，排煙不會產(chǎn)生白煙，且在高濕環(huán)境下用該模型分析煙氣加熱消白的準(zhǔn)確性有一定提升。劉志坦等人研究認(rèn)為，當(dāng)環(huán)境溫度高于15 ℃時，加熱煙氣到80 ℃可以消除濕煙羽[24]。文獻(xiàn)[25]中要求在現(xiàn)場環(huán)境溫度高于17 ℃、相對濕度低于60%的條件下，電廠排放的煙溫需達(dá)到75 ℃以上，冬季或重度污染時應(yīng)達(dá)到78 ℃以上。2個模型的結(jié)果皆能驗證以上消白要求的正確性。

3.3 煙氣冷凝

圖5顯示了2種模型計算的50 ℃飽和濕煙氣在冷凝消白方式下，環(huán)境溫度為5～30 ℃、相對濕度為20%～80%時消白臨界排煙溫度的變化規(guī)律及計算偏差。由圖5a可知，2種模型的計算值變化趨勢一致。

圖5 煙氣冷凝消白方式下臨界排煙溫度對比分析

當(dāng)環(huán)境相對濕度一定時，環(huán)境溫度越低，消白臨界排煙溫度越低(且呈線性變化)，煙氣冷凝消白方式的臨界冷凝降溫幅度越大。環(huán)境相對濕度為60%，環(huán)境溫度降至5 ℃時，消白臨界排煙溫度降到20 ℃以下，臨界冷凝降溫幅度超過30 ℃。

當(dāng)環(huán)境溫度一定時，環(huán)境相對濕度越高，消白臨界排煙溫度越低，煙氣冷凝消白方式的臨界冷凝降溫幅度越大。環(huán)境溫度為10 ℃，環(huán)境相對濕度升至80%時，消白臨界排煙溫度降到20 ℃以下，臨界冷凝降溫幅度超過30 ℃。

冷凝方式下2種模型的消白臨界排煙溫度與環(huán)境溫度正相關(guān)，與環(huán)境相對濕度負(fù)相關(guān)。消白臨界排煙溫度越低，臨界冷凝降溫幅度越大，會增加換熱器等設(shè)備的投資，不利于工業(yè)應(yīng)用，2種模型的計算值也都說明了低溫高濕環(huán)境不利于冷凝消白。

由圖5可以看出，溫濕圖切線模型的消白臨界排煙溫度比濕煙羽抬升模型低0.5～1.5 ℃，誤差較小，并且隨著環(huán)境相對濕度的增大，偏差逐漸減小。這說明溫濕圖切線模型滿足濕煙羽抬升模型對消白臨界排煙溫度的要求，當(dāng)煙溫降至溫濕圖切線模型的臨界值時排煙不會產(chǎn)生白煙，且該模型在分析冷凝消白尤其是高濕環(huán)境中的冷凝消白時準(zhǔn)確度普遍較高。馬修元等人分析認(rèn)為，實際運(yùn)行中環(huán)境溫度低于10 ℃、相對濕度高于40%時，消除濕煙羽所需的降溫幅度需達(dá)到30 ℃以上[12]，皆符合2種模型的結(jié)果。

3.4 煙氣冷凝再熱

煙氣冷凝再熱的消白臨界排煙溫度主要與環(huán)境溫度、相對濕度、起始再熱點煙溫相關(guān)。本文分析了在一定環(huán)境溫度下，環(huán)境相對濕度、起始再熱點煙溫與消白臨界排煙溫度的關(guān)系；同時也分析了在一定環(huán)境相對濕度下，環(huán)境溫度、起始再熱點煙溫與消白臨界排煙溫度的關(guān)系。

圖6顯示了2種模型計算的50 ℃飽和濕煙氣在冷凝再熱消白方式下，環(huán)境溫度為5 ℃、相對濕度為20%～80%、起始再熱點煙溫為25～45 ℃時的消白臨界排煙溫度的變化規(guī)律及計算偏差。由圖6a可以看出，2種模型的計算值變化趨勢一致。

當(dāng)環(huán)境相對濕度一定時，消白臨界排煙溫度隨起始再熱點煙溫的升高而升高。環(huán)境相對濕度為60%，起始再熱點煙溫從25 ℃升至45 ℃時，消白臨界排煙溫度從30 ℃左右升到90 ℃左右。

圖6 環(huán)境溫度為5 ℃時煙氣冷凝再熱方式下的消白臨界排煙溫度對比分析

當(dāng)起始再熱點煙溫一定時，消白臨界排煙溫度隨環(huán)境相對濕度的升高而升高，并且起始再熱點煙溫越高，環(huán)境相對濕度對消白臨界排煙溫度的影響越明顯。起始再熱點煙溫為45 ℃，環(huán)境相對濕度從20%升至80%時，消白臨界排煙溫度從75 ℃左右升到100 ℃左右。

消白臨界排煙溫度與環(huán)境相對濕度、起始再熱點煙溫皆正相關(guān)。消白臨界排煙溫度越高，臨界再熱升溫幅度越大，能耗越大，2種模型的結(jié)果皆表明，起始再熱點煙溫與環(huán)境相對濕度越高越不利于冷凝再熱消白。

由圖6可以看出，在環(huán)境溫度為5 ℃時，溫濕圖切線模型的消白臨界排煙溫度比濕煙羽抬升模型高1～7 ℃，環(huán)境相對濕度為40%～60%時，僅高1～3 ℃，并且隨著起始再熱點煙溫的降低，偏差明顯減小。這說明溫濕圖切線模型滿足濕煙羽抬升模型對消白臨界排煙溫度的要求，當(dāng)煙溫達(dá)到溫濕圖切線模型的要求時排煙不會產(chǎn)生白煙，該模型用于起始再熱點煙溫較低、環(huán)境相對濕度為40%～60%時的冷凝再熱消白研究準(zhǔn)確性較高。

圖7顯示了2種模型計算的50 ℃飽和濕煙氣在冷凝再熱消白方式下，環(huán)境相對濕度為60%、溫度為-10～15 ℃、起始再熱點煙溫為25～45 ℃時的消白臨界排煙溫度的變化規(guī)律及計算偏差。由圖7a可以看出，2種模型的計算值變化趨勢一致。

當(dāng)環(huán)境溫度一定時，消白臨界排煙溫度隨起始再熱點煙溫的升高而升高。環(huán)境溫度為0 ℃，起始再熱點煙溫從25 ℃升至45 ℃時，消白臨界排煙溫度從35 ℃左右升到100 ℃以上。

圖7 環(huán)境相對濕度為60%時煙氣冷凝再熱方式下消白臨界排煙溫度對比分析

當(dāng)起始再熱點煙溫一定時，消白臨界排煙溫度隨著環(huán)境溫度的降低而升高，并且起始再熱點煙溫越高，環(huán)境溫度對消白臨界排煙溫度的影響越明顯。起始再熱點煙溫為45 ℃，環(huán)境溫度從15 ℃降至-10 ℃時，臨界排煙溫度從60 ℃左右升到230 ℃左右。

消白臨界排煙溫度與環(huán)境溫度負(fù)相關(guān)，與起始再熱點煙溫正相關(guān)。同理可知，起始再熱點煙溫越高，環(huán)境溫度越低，越不利于冷凝再熱消白。

由圖7可以看出，在環(huán)境相對濕度為60%時，溫濕圖切線模型的消白臨界排煙溫度比濕煙羽抬升模型高1～5 ℃，并且環(huán)境溫度越高，偏差越小，環(huán)境溫度為15 ℃時偏差僅為1～3 ℃，隨著起始再熱點煙溫的降低，偏差明顯減小。這同樣說明溫濕圖切線模型滿足濕煙羽抬升模型對消白臨界排煙溫度的要求，當(dāng)煙溫達(dá)到溫濕圖切線模型的要求時排煙不會產(chǎn)生白煙，該模型用于起始再熱點煙溫較低、環(huán)境溫度為15 ℃以上時的冷凝再熱消白研究準(zhǔn)確性較高。

文獻(xiàn)[25]對煙氣冷凝再熱消白也有具體的參數(shù)要求，要求在現(xiàn)場環(huán)境溫度高于17 ℃、相對濕度低于60%的條件下，電廠再熱排煙的溫度需達(dá)到54 ℃以上，冬季或重度污染預(yù)警時應(yīng)達(dá)到56 ℃以上，符合2種模型的消白要求。

4 結(jié)論

1) 濕煙羽抬升模型與溫濕圖切線模型得到的消白臨界排煙溫度計算值變化規(guī)律完全一致，低溫高濕的環(huán)境、冷凝再熱消白方式的起始再熱點煙溫較高，都不利于濕煙羽的消除。

2) 溫濕圖切線模型與濕煙羽抬升模型相比，加熱方式下消白臨界排煙溫度高3.5～4.5 ℃，冷凝方式下消白臨界排煙溫度低0.5～1.5 ℃，冷凝再熱方式下消白臨界排煙溫度高1.0～7.0 ℃。

3) 溫濕圖切線模型計算的消白臨界排煙溫度能滿足濕煙羽抬升模型對煙氣消白的要求，在一定條件下可采用簡便的溫濕圖切線模型計算各種煙氣消白方式的消白臨界排煙溫度。