淺談濕煙羽形成機理及消散的技術

王金平

【摘要】排放的工業濕煙氣由煙囪出口進入溫度較低的空氣中會形成濕煙羽，從而產生污染。學習了濕煙羽的形成機理和消散技術，結果表明，煙氣降溫再熱、煙氣直接加熱和煙氣直接降溫等方法可以消散濕煙羽。

【關鍵詞】 濕煙羽 消散 技術

在史上最嚴環保標準下，燃煤發電、垃圾發電、生物質發電、供熱鍋爐等行業排放的工業煙氣都必須經過脫硝、除塵和脫硫等工序，當煙氣中的氮氧化物、煙塵、二氧化硫等有毒有害物質的濃度降低到工業煙氣排放標準值以下時，才被允許排放。

經過脫硫的濕煙氣溫度降至45℃-55℃，此時煙氣中含有大量的水汽和霧滴，霧滴中溶解著大量的氣態污染物，這些氣態污染物隨霧滴從煙囪中排放到大氣中，通過擴散、失水和化合、分解等多種物理化學過程，被轉化為硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機氣溶膠等細顆粒物，比表面積大，靠自重很難沉降，長期漂浮在空中，這些顆粒物幾乎都是PM2.5甚至PM0.38，在氣候條件具備情況下形成富集，最終形成——霾。與此同時排入大氣中煙氣溫度降低，由于環境的飽和濕度較低，煙氣中的水蒸汽凝結形成濕煙羽，對環境造成污染。通常情況下濕煙羽嚴重程度：冬季>秋季≈春季>夏季。冬季由于環境溫度相對較低，更容易出現濕煙羽，夏天由于溫度高，出現濕煙羽的幾率大幅降低。

而濕煙羽具體是怎樣形成又怎樣能消散呢？

假定濕煙氣在煙囪出口的狀態點為A，環境中空氣的狀態點為E濕煙氣和環境中空氣的含濕量均小于相應溫度下的飽和含濕量，也就是濕煙氣與環境中空氣的相對含濕量均小于100%，皆處于未飽和狀態。在濕煙氣由煙囪排出與環境中空氣混合的過程中，濕煙氣的狀態點開始沿AB線變化，達到B點后濕煙氣變為飽和狀態。飽和濕煙氣與環境中空氣混合過程中濕煙氣的狀態點沿著飽和曲線BCD變化，隨著濕煙氣溫度的降低，飽和濕煙氣的絕對含水量降低，濕煙氣中過飽和的水蒸氣凝結成液態小水滴，小水滴對光線產生折射、散射作用，從而使煙囪出口的煙羽呈現白色或者灰色，即形成濕煙羽。當飽和濕煙氣的狀態點達到D點后，濕煙氣與環境中空氣的混合過程沿著曲線變化，濕煙氣變為非飽和狀態，濕煙氣中不再有小液滴凝結、析出。

同時濕煙羽中的小液滴開始蒸發，因此濕煙羽逐漸消失。

如果濕煙氣的初始狀態點A與環境空氣狀態點E的連線ABDE與飽和曲線不相交，即濕煙氣與環境中空氣混合過程中濕煙氣始終不會變為飽和狀態，濕煙氣中的水蒸氣也不會凝結、析出，這樣濕煙氣由煙囪排出后便不會形成濕煙羽。

由濕煙羽的形成和消散機理分析可知，如果要消除濕煙羽，就要改變濕煙氣從煙囪排出時的初始狀態點，使濕煙氣與環境中空氣融合過程中始終不變為飽和狀態，那么濕煙氣中的水蒸氣就不會凝結、析出。

有3種技術可以讓濕煙氣與環境中空氣融合過程中始終不變為飽和狀態。①煙氣直接加熱：煙氣直接加熱可以使濕煙氣的狀態點由A變為B，濕煙氣由狀態點B變為環境中空氣狀態點C的過程中不會變為飽和狀態，不會形成濕煙羽;②煙氣降溫再熱：降溫可以減少濕煙氣的絕對含濕量，煙氣再熱可以降低濕煙氣的相對含濕量，降溫再熱可以將濕煙氣的狀態點由A變為E，濕煙氣由狀態點E變為環境空氣狀態點C的過程中不會變為飽和狀態，不會形成濕煙羽;③煙氣直接降溫：煙氣直接降溫將濕煙氣的狀態點由A變為F，濕煙氣由狀態點F變為環境空氣狀態點C的過程中不會變為飽和狀態，不會形成濕煙羽。

在此簡略介紹一下方法二的工藝。

首先對煙氣進行溫度降溫，將冷卻器放在風機之后、脫硫塔之前的煙道中，將煙氣降溫至適宜濕法脫硫的溫度，并且用軟水吸收煙氣熱量，用于脫硫后煙氣再熱升溫之用。冷凝器放置于脫硫塔后，利用冷卻水，對煙氣中飽和蒸汽進行冷凝，使得煙氣中水蒸氣冷凝析出，并將煙氣中煙塵、顆粒凝結聚合，沿垂直換熱表面向下流動，起到液膜除塵作用，從而降低煙氣中煙塵含量、煙氣含水量，最終達到消除濕煙羽的目的。煙氣再熱器置于冷凝器后，為了提高排煙溫度，利用之前冷卻器產生的熱水對冷凝后的煙氣進行再加熱，降溫后的媒介水再經過熱循環泵送至煙氣冷卻器中，使脫硫后煙氣再熱器的媒介與脫硫原煙氣冷卻器的媒介形成閉式循環。

由于煙氣溫度較低，管壁溫度低于露點，容易造成腐蝕，在材料選擇上要充分考慮材質的耐酸腐蝕性。

對煙氣進行脫白不僅可以消除霧霾，消除視覺污染，還有以下優點。

節能：吸收利用大量水蒸汽凝結放出的熱量，這些熱量可以用于采暖、加熱礦粉、煤粉等，具有相當顯著的節能效果。

節水：水分隨煙氣排入大氣形成霾，回收回來就是資源，特別對于西部缺水企業，回收蒸汽水更有意義。大氣水分是我國不可忽視的非常規水資源。

處理利用廢水：采用煙氣脫白后，阻止了煙氣中污染物從水中向大氣中的轉移，利用煙道氣余熱和殘氧熱解熱氧化、無害化消解廢水中COD有機成分、吸收稀釋氨氮，用噴霧蒸發濃縮、干燥去除溶解鹽，可以大幅度減少廢水處理投資，特別是降低處理成本。