脱硝催化剂技术

【环保技术】采用湿法脱硫的燃煤电厂“白烟”的形成机理 及控制技术

2018年09月23日 热度:959 ℃

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采用湿法脱硫的燃煤电厂“白烟”的形成机理 及控制技术

1 前言

石灰石湿法脱硫目前是燃煤电厂最为广泛应用的烟气脱硫技术,基于环保要求及成本的综合考虑,燃煤电厂在进行脱硫系统基建或技改时,采用湿排技术,即取消了GGH设备,烟囱进行防腐。随着国家环保政策的日趋严厉,燃煤电厂的烟气排放政策要求也越来越高。烟囱“消白”也逐渐成为火电企业面临的新的环保问题。

2 “白烟”现象及地方环保政策

3 燃煤电厂“白烟”形成机理

3.1“白烟”现象形成原因
燃煤电厂排放烟气在烟囱口排入大气的过程中因温度降低,烟气中部分汽态水和污染物会发生凝结,在烟囱口形成雾状水汽,雾状水汽会因天空背景色和天空光照、观察角度等原因发生颜色的细微变化,形成“白烟”,通常为白色、灰白色,甚至出现蓝色等。
3.2“白烟”形成机理
湿法脱硫系统在脱硫过程中,脱硫浆液与高温烟气直接接触,发生传热传质。一方面水分蒸发,增加烟气的含湿量;另一方面,烟气温度降低,烟气携带水蒸汽的能力降低。烟气达到饱和状态后,会携带部分小液滴。这些携带小液滴的饱和湿烟气经除雾器除去绝大部分液滴后,经烟囱排入大气,由于环境温度比烟气温度低,饱和湿烟气中的水分就会凝结成小液滴形成“白烟”。

温湿图上烟气状态变化(上图)

上图为相对湿度为100%的空气中含湿量随温度的变化趋势曲线,A点为排放湿烟气的初始状态,B点、C点为不同的环境空气状态,AB,AC分别与饱和湿度曲线相交于B1,C1点。湿烟气从烟囱口排出后是否会出现白烟及出现白烟的长度,不仅与烟气本身含湿量的多少、烟气的温度(A点位置)有关,而且与它周围环境空气的温度、湿度(即B,C点在图1温湿图上烟气状态变化位置)有关。A点状态的湿烟气从烟囱口排出后,沿饱和湿度曲线变化到B1点,在这个过程中湿烟气中的水分凝结成小液滴,也即形成“白烟”,然后由B1点沿直线变化到环境状态B点,在这个过程中“白烟”消失。由A点变化到环境温度更低的C点的过程也类似,只不过“白烟”的长度更长。因此,只要湿烟气初始状态点与环境状态点的连线与饱和湿度曲线相交,就会产生“白烟”。并且环境温度越低、湿度越大“白烟”越长。大气环境因素中,环境温度、相对湿度、大气压力都对“白烟”的形成有影响,其中环境温度的影响最大,环境温度越低,越易形成“白烟”。

另外,除了“白烟”外,烟囱排烟还会出现蓝色/黄烟的烟羽,主要原因是硫酸雾滴的存在。烟囱排出的烟气中含有硫酸的气溶胶,硫酸气溶胶的粒径非常小, 对光线产生散射。由于颗粒的尺寸和可见光的波长接近,因此属于瑞利散射,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,最终使得烟囱在阳光照射的反射侧,排烟的烟羽呈现蓝色,而在烟羽的另一侧(透射侧)呈现黄褐色。在大多数情况下,当烟气中硫酸气溶胶的浓度超过10-20ppm时,会出现可见的蓝色烟羽,且硫酸气溶胶的浓度越高,烟羽的颜色越浓、烟羽的长度也越长,严重时甚至可以落地。

4  “白烟”的影响

对电厂生产的影响。多数燃煤电厂在经过超低排放改造后,石膏雨现象有所缓解,然而随着环境形势的日益严峻,“白烟”现象也被认为是形成雾霾的因子而受到公众的质疑,“白烟”治理的呼声也越来越高,对电厂的生产、环保带来了很大的压力。
对环境的影响。目前燃煤烟气中所排放的酸性烟雾对人类健康影响的研究尚不够深入。有文献指出,当SO3和H2SO4气溶胶与下沉烟羽结合在一起时,烟囱附近的环境污染浓度明显提高,结合气象条件和运行工况,在烟囱邻近区域会出现酸雾,如这种酸雾持续时间较长,则会损害建筑物和植被。 

5 “白烟”的控制技术

5.1加强燃煤的管理

燃煤硫分是SO2/SO3形成的主要来源,因此,加强燃煤的管理,燃用低硫分煤种、加强配煤掺烧管理,可以有效降低硫化物的生成。

5.2脱硝催化剂配比的调整 

现在电厂脱硝系统SCR中大多采用以TiO2为载体的催化剂,成分中TiO2具有较强的抗SO2性能,WO3有助于抑制SO3的生成,但V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3能 促进SO2向SO3的转化。此外,SO2/SO3的转换率还与SCR的面积速度即烟气流速,与催化剂的表面积之比有关,面积速度越大,SO2/SO3的转换率越小。因此,合理调整烟气流速和催化剂的表面积的配比,适度减小催化剂的壁厚,在不影响脱硝效果的条件下,可有效控制脱硝阶段的SO3的生成。

5.3 湿式静电除尘器技术

湿式电除尘器(WESP)和与干式电除尘器的收尘原理相同,都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电,荷电后的粉尘在电场力的作用下到达集尘板/管,通过定期冲洗的方式,使粉尘随着冲刷液的流动而清除,脱硫烟气经过WESP后经烟囱排入大气。
WESP可有效收集微细颗粒物(PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物(多环芳烃、二恶英)等。使用湿式电除尘器后含湿烟气中的烟尘排放可达10mg/Nm3甚至5mg/Nm3以下,其对SO3的脱除率可达95%,烟羽的浊度几乎为零,收尘性能与粉尘特性无关。而且WESP还具有压力损失小、操作简单、无运动部件、无二次扬尘、维护费用低、生产停工期短、可工作于烟气露点温度以下、由于结构紧凑而可与其它烟气治理设备相互结合、设计形式多样化等优点。
但是WESP设备投资运行费用较高、设备庞大、占地大,水蒸气消除效果不明显,且需与其它除尘设备配套使用,其投资技术经济性和运行成本需要从整体进行评价。 

5.4管束式除雾器

管束式除尘器应用于湿法脱硫塔饱和净烟气携带的雾滴和尘的脱除净化。使吸收塔出口尘排放值不大于5mg/Nm3,雾滴排放值不大于25mg/Nm3。其工作原理是利用凝聚、捕悉和湮灭的原理,在烟气高速湍流、剧烈混合、旋转运动的过程中,将烟气中携带的雾滴和粉尘颗粒脱除。凝聚指烟气中夹杂的细小的液体颗粒相互之间碰撞而凝聚成较大的颗粒后沉降下来;捕悉指细小的液体颗粒跟随气体与湍流器中的持液层充分接触后,被液体捕悉实现分离;湮灭指细小的液体颗粒与被抛洒至湍流器的表面时,形成附着液膜从而在烟气中脱离出来;这三种运动过程同时将夹杂在液滴其中的尘除去。
管束式除尘除雾器占用空间小、运行阻力低,利于新建项目和在运机组的超低排放改造项目,配套净烟气再热技术的使用,对燃煤电厂“白烟”的治理提供了一种有效的解决方案。

6 结束语


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