燃煤電站煙囪排放有色煙羽現象研究

郭靜娟

(中國大唐集團科學技術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象研究

郭靜娟

(中國大唐集團科學技術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(主要是藍煙、黃煙等)的產生機制，分析了不同燃煤機組的運行工況、改造工藝等因素對有色煙羽的影響，結合現有的工藝及超低排放改造技術，提出了減輕有色煙羽現象的措施。

燃煤電站；有色煙羽；污染；氣溶膠

1 燃煤電站有色煙羽現象

為降低煙氣排放污染物對環境的污染，燃煤電站先后建設脫硫、除塵、脫硝、脫汞等環保設施。但在安裝環保設施，尤其是加裝脫硝裝置、電除塵器改為高效電源、拆除脫硫系統煙氣換熱器(GGH)或燃燒高硫煤時，煙囪排煙出現了不同程度的有色煙羽[1-3]，造成嚴重的視覺污染，給周邊生活的群眾帶來了較多顧慮，更給電廠環保工作帶來一定的壓力。

2 燃煤電站有色煙羽產生機制

脫硫后的煙氣之所以會呈現藍煙或黃煙，是因為煤在燃燒過程中產生了較多的SO2，SO3和NOx等污染物，與水分及細微的煙塵顆粒物凝聚成一種粒徑與藍光、黃光波長相當的氣溶膠細顆粒物，被與其光波相當的細顆粒所散射[4]。煙羽拖尾越長，意味著細顆粒質量濃度越高。煙羽的色度主要受煙氣中可凝結物和亞微米顆粒質量濃度的影響。有色煙羽的產生應具備污染物條件和氣象條件。

2.1 污染物條件

大多數情況下，濕法脫硫后煙氣中存在SO3，形成的硫酸氣溶膠的質量濃度超過71.4 mg/m3時，會出現可見的藍色煙羽，硫酸氣溶膠的質量濃度越高，煙羽顏色越濃、長度也越長；同時，硫酸氣溶膠會在大氣中形成細顆粒物(PM2.5)，導致霧霾加重[5]。當煙氣中存在大量的NO2時，NO2在光照條件下發生光化學反應，造成O3的累積，O3本身呈現藍色，且具有強氧化性，將煙氣中的SO2氧化為SO3，導致硫酸氣溶膠的生成；同時，煙氣中NO2與H2O發生反應，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象的主要條件之一。當污染物所在大氣區域結構穩定、風速較低、大氣擴散性能較差時，易造成污染物的積累；太陽輻射強度大，引發O3產生率高，且存在逆溫現象，就會導致煙囪排放有色煙羽。

3 有色煙羽產生原因分析

3.1 燃燒高硫煤

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

表1 不同機組污染物統計數據

3.2 脫硝裝置催化劑與電除塵放電影響

火電機組SCR脫硝催化劑V2O5/TiO2在催化還原NOx的同時會使一部分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。當煙囪出口SO3(包括H2SO4)排放質量濃度超過35 mg/m3時[5]，就會出現明顯的藍色或黃色煙羽。

圖1 3臺機組煙囪排放煙羽情況

機組脫硝系統運行中過量噴氨時，NH3，H2O與SO3發生化學反應后會生成極細的亞微米級(NH4)2SO4，極易造成有色煙羽現象的產生。

3.3 煙氣換熱器(GGH)拆除

在“一國兩制”背景之下香港華人企業家傳統的族群網絡、地緣關系、華僑網絡依然發揮作用。香港跨界華人企業家進一步加強了與中國大陸和香港各級政府的政治聯系。他們的組織網絡與關系從單一的商界領域拓展到大中華地區更加廣泛的專業、文化、慈善與政治領域。他們的政治經濟參與層面從香港地方層面拓展到中國國家層面乃至國際層面。他們改變了自身企業的網絡關系模式，逐步從傳統的家族企業向現代專業公司治理轉型。作為跨界企業家他們逐步從代工工廠轉型成涉足先進制造業、知識服務業與房地產投資的多元化跨國集團。

GGH拆除后，煙氣含濕量增加，水分的存在加強了SO3氣溶膠的凝結，細微顆粒物質量濃度增加，導致有色煙羽現象加劇。

3.4 氣象條件

每年11，12，1，2月光照強度弱，有色煙羽現象較為緩和；夏、秋季光照較強時，煙氣擴散能力弱，有色煙羽現象明顯。

4 解決措施

消除有色煙羽是一個綜合治理的過程，應從以下方面著手：(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生。

4.1 噴堿性物質

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

圖2 堿性物質不同噴射位置

4.2 采用新型脫硝催化劑

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

4.3 混煤摻燒

采取煤質混燒的措施，降低燃煤硫分，減少煙氣中SO2質量濃度，進而降低SO2/SO3轉化率。

4.4 加裝低低溫省煤器

在一般的電除塵設備前加裝換熱裝置，煙溫可降至80～95℃，使煙氣中的SO3凝結并吸附在煙塵顆粒上。SO3的吸附起到飛灰調質作用，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以及灰硫比，通常當灰硫比超過100時，SO3在低低溫省煤器中的去除率可達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顆粒物和酸霧[6-9]。WESP可布置在脫硫吸收塔內，也可布置在煙道內，收集從脫硫塔逃逸出來的亞微米級顆粒物和硫酸霧滴，SO3的脫除率可達95%。

5 結論

有色煙羽的產生與煙囪排放口SO2、SO3、NOx、NH3(銨鹽)、細顆粒物以及氣溶膠等污染物關系密切，結合燃煤電站正在進行的超低排放改造進行調整，上述氣態污染物質量濃度將會大幅下降，正常運行工況下產有色煙羽現象也會得到大幅減輕。

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(本文責編：劉芳)

2016-09-08；

2016-12-14

TM 621

B

1674-1951(2017)01-0073-02

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