摘要：电厂烟气经过石灰石——石膏法脱硫后,烟囱排放的有色烟羽造成了视觉上的污染。结合有色烟羽产生的原理,其消除技术分为直接加热和先冷凝再加热两种技术,本文就这两种技术的原理、特点进行分析,提出了有效的有色烟羽治理技术。
引言
烟囱有色烟羽对企业外部形象影响很大，对电厂外部经营环境和自身工作环境带来很多负面影响。上海市2016年颁布DB31/963-2016《燃煤电厂大气污染物排放标准》，文中明确燃煤发电锅炉应采取烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽等现象。2017年浙江、天津、邯郸等地方政府也相续颁布政策文件要求采取有限措施消除有色烟羽。
1湿烟羽的定义及影响因素
烟气经过湿法脱硫处理后，烟囱排出的饱和湿烟气与温度较低的环境空气接触时，在烟气降温过程中，烟气中所含水蒸气过饱和凝结，凝结水滴对光线折射、散射，从而是烟羽呈现出白色或者灰色，称其为“湿烟气”（也称“有色烟羽”）。湿烟气排放时，“烟羽”的抬升高度会有所降低，扩散效果相对较差，污染物在烟囱附件的落地浓度会增加，对周边环境有一定影响。
有色烟羽的严重程度和环境温度、湿度有明显关系，北方气温较低，有色烟羽的出现机率大于南方；冬季出现有色烟羽的机率大于夏季。环境温度越低、空气湿度越大，有色烟羽治理的难度越大。
2有色烟羽的治理技术
有色烟羽的产生不仅与本身的温度、含湿量有关，与排放的气候环境也有很大关系，但是我们所能够控制的因素只有烟气的排放温度和含湿量。
图1中A点代表吸收塔出口烟气状态（即50℃左右的饱和湿烟气），C点为当地环境温度和湿度（环境温度约10℃）。如果这两点的连线经过过饱和区，则排放的烟气会呈现有色烟羽；反之则无有色烟羽，即有色烟羽被消除。从图1中看，如果A点状态的烟气不经过任何处理直接排放，烟囱处会呈现有色烟羽；如果通过不同方式将烟气升温再排放，则不会呈现有色烟羽。目前消除有色烟羽的主流技术分为直接加热和先冷凝再加热两种技术。
2.1直接加热技术
直接加热技术体现在图1中的路径为A—B，B—C连线不与水分饱和曲线相交，有色烟羽可消除。特点是烟气质量和含湿量不变，温度升高。
按照加热方式可分为烟气再热器（业内称为GGH）和水媒循环烟气再热器（业内称为MGGH）。
GGH分为金属回转式GGH和氟塑料管式GGH。早期国内电厂新建脱硫装置时，为了提高烟气的扩散效果，大多采用国外引进的回转式GGH，利用原烟气的热量将脱硫出口的烟气加热到80℃左右排放。由于存在设备故障率高、烟气泄露率高、系统阻力大等特点，在超低排放改造中基本都被超出。随着市场的发展，目前市面上逐步用氟塑料管式GGH取代了回转式GGH，原烟气走管内，净烟气走管外。氟塑料管式GGH具备设备质量轻、耐腐蚀性强、不存在烟气泄露等特点。
MGGH系统包括烟气冷却器、烟气再热器、热媒水循环系统等组成。烟气冷却器布置在吸收塔入口的水平烟道上，烟气再热器布置在吸收塔与烟囱之间的水平烟道上。其工作原理是采用水媒介作为换热介质，通过水媒的闭式循环，烟气冷却器将吸收塔入口的烟气温度从120～130℃降低到90℃甚至更低，净烟气与烟囱之间的烟气再热器利用烟气冷却器回收的热量将吸收塔出口的温度升高到80℃或更高，再进入烟囱排放。现在一般MGGH设置了辅助蒸汽加热系统，在冬季或者低负荷时，烟温余热不够的情况下，需要投运辅助蒸汽加热系统来提高水媒介质的温度。
直接加热法消除技术的特点：在一定条件下可以消除有色烟羽，但随着当地温度降低、湿度提高，想要彻底消除有色烟羽的投资成本越高。如图1所示，如果采用直接加热技术，当地环境温度在10℃左右时，需要将净烟气加热到100℃可消除有色烟羽。
2.2先冷凝再加热技术
先冷凝再加热技术与直接加热技术相比，在净烟气再热之前增加烟气冷凝装置，冷源一般选用水源。先冷凝再加热技术体现在图1中的路径为A—D—E，E—C连线不与水分饱和曲线相交，有色烟羽可消除。该技术是烟气冷凝技术和烟气再热技术的有机结合。先通过冷凝换热器将吸收塔出口烟气温度降低，烟气实现过饱和，烟气中的饱和水析出成凝结水。由于烟气中的含湿量大幅降低，烟气再热的升温幅度会大大降低，这也降低了烟气再热热量的消耗。其特点是烟气质量和含湿量均发生改变，温度升高。
如图1所示，达到相同的效果，烟气冷凝降低的温度越大，再加热的烟温提升的幅度越小。所以一个具体的工程项目，冷凝和再热温度的组合显得尤为重要，直接体现在投资成本上。根据氟塑料换热器厂家经济对比，烟气冷凝器将净烟气烟温降低10℃左右，整个先冷凝再加热系统的经济性为最优。如图1所示，如果采用先冷凝再加热技术，当地环境温度在10℃左右时，先将净烟气冷却到40℃，再加热到65℃可消除有色烟羽。
先冷凝再加热技术在消除有色烟羽的同时，通过相变凝聚可协同降低粉尘20%～40%，去除烟气中SO3及可溶性硫酸盐等，还可以节省脱硫水耗。
3结论
对于一个具体的工程项目，消除有色烟羽是选择直接加热还是先冷凝再加热技术，应该根据有色烟羽治理要求以及项目本身的烟气条件、环境气象条件、场地空间、冷热源等条件综合分析，确定经济可行的技术方案。一般直接加热技术适用于我国南方常年气温基本在15℃以上的地区，可基本消除有色烟羽。但是在冬季最冷的时节，会出现一定程度的有色烟羽。烟气先冷凝再加热技术在我国北方地区推广优势明显，在中部地区也可优先考虑，在南方地区该技术在经济性上没有明显的优势。
原标题：有色烟羽消除技术探讨及分析
