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燃煤电站烟囱排放有色烟羽现象研究
http://www.chemequ.cn 2017-12-29 15:28:41 《华电技术》

  摘要:阐述了燃煤电站烟囱排放的有色烟羽(主要是蓝烟、黄烟等)的产生机制,分析了不同燃煤机组的运行工况、改造工艺等因素对有色烟羽的影响,结合现有的工艺及超低排放改造技术,提出了减轻有色烟羽现象的措施。

  1燃煤电站有色烟羽现象

  为降低烟气排放污染物对环境的污染,燃煤电站先后建设脱硫、除尘、脱硝、脱汞等环保设施。但在安装环保设施,尤其是加装脱硝装置、电除尘器改为高效电源、拆除脱硫系统烟气换热器(GGH)或燃烧高硫煤时,烟囱排烟出现了不同程度的有色烟羽,造成严重的视觉污染,给周边生活的群众带来了较多顾虑,更给电厂环保工作带来一定的压力。

  2燃煤电站有色烟羽产生机制

  脱硫后的烟气之所以会呈现蓝烟或黄烟,是因为煤在燃烧过程中产生了较多的SO2,SO3和NOx等污染物,与水分及细微的烟尘颗粒物凝聚成一种粒径与蓝光、黄光波长相当的气溶胶细颗粒物,被与其光波相当的细颗粒所散射。烟羽拖尾越长,意味着细颗粒质量浓度越高。烟羽的色度主要受烟气中可凝结物和亚微米颗粒质量浓度的影响。有色烟羽的产生应具备污染物条件和气象条件。

  2.1污染物条件

  大多数情况下,湿法脱硫后烟气中存在SO3,形成的硫酸气溶胶的质量浓度超过71.4mg/m3时,会出现可见的蓝色烟羽,硫酸气溶胶的质量浓度越高,烟羽颜色越浓、长度也越长;同时,硫酸气溶胶会在大气中形成细颗粒物(PM2.5),导致雾霾加重。当烟气中存在大量的NO2时,NO2在光照条件下发生光化学反应,造成O3的累积,O3本身呈现蓝色,且具有强氧化性,将烟气中的SO2氧化为SO3,导致硫酸气溶胶的生成;同时,烟气中NO2与H2O发生反应,生成硝酸气溶胶。

  2.2气象条件

  气象条件也是造成燃煤电站有色烟羽现象的主要条件之一。当污染物所在大气区域结构稳定、风速较低、大气扩散性能较差时,易造成污染物的积累;太阳辐射强度大,引发O3产生率高,且存在逆温现象,就会导致烟囱排放有色烟羽。

  烟气中产生有色烟羽现象的气溶胶的粒径非常小,易产生光线散射。颗粒的尺寸和可见光的波长接近,属于瑞利散射,瑞利散射的特点是散射光的强度与波长的四次方成反比,因此短波的蓝色光线散射要比长波的红色光线强许多,使得阳光照射的反射侧的烟羽呈现蓝色,而在烟羽的另一侧(透射侧)呈现黄褐色。

  3有色烟羽产生原因分析

  3.1燃烧高硫煤

  从表1和图1可以看出,#1机组烟气中SO2质量浓度最高,烟囱排放的SO2质量浓度最高,蓝烟现象最为明显;#2机组烟气中SO2质量浓度次之,蓝烟现象居中;#3机组烟气中SO2质量浓度最低,蓝烟现象较其他两台机组轻:所以,烟气中SO2质量浓度越高(即燃煤含硫量越高),烟囱排放烟羽颜色越明显。

  3.2脱硝装置催化剂与电除尘放电影响

  火电机组SCR脱硝催化剂V2O5/TiO2在催化还原NOx的同时会使一部分SO2氧化生成SO3,电除尘器放电使一部分SO2氧化生成SO3,提高了烟气中SO3(包括H2SO4)的生成量和排放量。当烟囱出口SO3(包括H2SO4)排放质量浓度超过35mg/m3时,就会出现明显的蓝色或黄色烟羽。

  机组脱硝系统运行中过量喷氨时,NH3,H2O与SO3发生化学反应后会生成极细的亚微米级(NH4)2SO4,极易造成有色烟羽现象的产生。

  3.3烟气换热器(GGH)拆除

  GGH拆除后,烟气含湿量增加,水分的存在加强了SO3气溶胶的凝结,细微颗粒物质量浓度增加,导致有色烟羽现象加剧。

  3.4气象条件

  每年11,12,1,2月光照强度弱,有色烟羽现象较为缓和;夏、秋季光照较强时,烟气扩散能力弱,有色烟羽现象明显。

  4解决措施

  消除有色烟羽是一个综合治理的过程,应从以下方面着手:(1)控制烟气SO3的生成及排放,降低其排放水平(SO3质量浓度低于35.7mg/m3),控制NOx的排放并合理喷氨;(2)去除亚微米颗粒和酸雾,减少酸性气溶胶的产生。

  4.1喷碱性物质

  向炉膛内、选择性催化还原(SCR)装置后或空气预热器前喷入氧化钙、氧化镁等碱性吸收剂,降低烟气中SO3的质量浓度,消除烟囱有色烟羽现象。碱性物质不同喷射位置如图2所示。

  4.2采用新型脱硝催化剂

  采用调整钒、钨等元素配比的新型催化剂,在保证脱硝效果的同时,减低SO2/SO3的转化率。

  4.3混煤掺烧

  采取煤质混烧的措施,降低燃煤硫分,减少烟气中SO2质量浓度,进而降低SO2/SO3转化率。

  4.4加装低低温省煤器

  在一般的电除尘设备前加装换热装置,烟温可降至80~95℃,使烟气中的SO3凝结并吸附在烟尘颗粒上。SO3的吸附起到飞灰调质作用,飞灰比电阻降低,除尘器效率提高。除尘器效率取决于烟气中的酸露点以及灰硫比,通常当灰硫比超过100时,SO3在低低温省煤器中的去除率可达95%以上。

  4.5采用湿式静电除尘器

  湿式静电除尘器(WESP)的湿环境、低电阻率和高输入电压特性使得其能有效地收集亚微米级颗粒物和酸雾。WESP可布置在脱硫吸收塔内,也可布置在烟道内,收集从脱硫塔逃逸出来的亚微米级颗粒物和硫酸雾滴,SO3的脱除率可达95%。

  5结论

  有色烟羽的产生与烟囱排放口SO2、SO3、NOx、NH3(铵盐)、细颗粒物以及气溶胶等污染物关系密切,结合燃煤电站正在进行的超低排放改造进行调整,上述气态污染物质量浓度将会大幅下降,正常运行工况下产有色烟羽现象也会得到大幅减轻。

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