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【锅炉圈】“白色烟羽”治理已逐渐成为一种必然趋势

2018年09月24日 热度:221 ℃

 分享锅炉知识,笑傲技术江湖!


运行调整、现象分析、事故处理、技术资料,一网打尽

一提到燃煤电厂,人们就会联想到“污染”;一看到电厂烟囱冒出的“白烟”,常常会心有余悸,甚至产生恐慌。亲爱的朋友,您可多虑啦!实际上,经过多年来科技的发展和持续的环保改造,大型燃煤电厂的污染防治已得到极大的进步,有的燃煤电厂已经达到燃气轮机的排放水平,也就是说:像燃烧天然气一样清洁。但是,燃煤电厂烟囱冒“白烟”的现象一直存在,烟囱冒出的“白烟”到底是什么呢?是污染物吗?

网友

鹿鹿有为

烟囱里冒出的白烟到底是什么?对人体有没有危害呢?

不用担心,其实白烟就是水汽,对人体没有任何危害。我们在燃煤发电时产生的尾气会经过脱硫、脱硝处理再排放。在处理过程中,气体因为高温化为水蒸气,而排放口的温度骤降,水蒸气迅速凝结成小水珠,也就是我们看到的白烟。


工作人员

其实,大型燃煤电厂烟囱里排出的烟气经过环保设备处理后主要有二氧化碳和水蒸气;二氧化碳是无色无味的,人们眼睛看到的“白烟”只是水蒸气凝结为非常细的水雾,并非是污染物。

那么为什么烟囱中会排出水蒸气呢?带着这个问题,我们先了解一下燃煤电厂的生产工艺:锅炉燃烧煤炭产生合格的蒸汽,蒸汽推动汽轮机旋转,汽轮机带动发动机同步旋转产生电流。

 燃煤电厂“白烟”形成机理

“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。
“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”。

燃煤电厂的锅炉需要消耗大量的煤炭。煤炭通常有无烟煤、烟煤和褐煤,西南地区的火电厂一般燃用无烟煤和烟煤。无烟煤的全水分一般在6%-8%,烟煤的全水分较高,一般在9%-18%。燃煤在炉膛中燃烧时这部分水变成水蒸汽进入锅炉烟气中。烟气将会依次经过脱硝装置、电除尘装置及脱硫装置,烟气中的氮氧化物、粉尘和二氧化硫等污染物被脱除很干净,而水蒸汽却会越来越多。

这是为什么呢?原因是这样的:在目前最成熟的石灰石-石膏湿法脱硫工艺中,120℃~160℃高温烟气进入脱硫吸收塔后,将被石灰石水溶液多次洗涤,同时会加热蒸发吸收塔内的喷淋水,温度下降并逐渐达到饱和状态。饱和湿烟气虽然是洁净的烟气,但是通过烟囱排入到高空大气中时,遇到温度相对较低的空气就迅速冷凝为极细小的水雾,呈现出一种“白烟”的现象,环境温度越低就越明显,这和人在冬天呼吸出“白汽”是一个道理。

图:“石灰石-石膏”湿法脱硫工艺中烟气带出水蒸气

 

因此,煤炭燃烧和脱硫工艺中产生的水蒸汽通过烟囱排出,在高空迅速冷凝,在视觉上表现出大量白色雾气。这种雾气受环境温度和气压影响较大,这也是秋冬季节低温时白色雾气严重,而夏季高温时节雾气情况轻微的原因。在太阳光逆光情况下看电厂烟囱,由于光线强,白烟看起也是黑烟。在偏顺光下看,才是真实颜色和亮度。也就是说,逆光下看是黑色,顺光下看又是正常白色。

原来,普普通通的“白烟”里面还有不少学问呢!

亲爱的朋友,您了解了吗?

“白烟”的控制技术

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。

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。

 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。 

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。

结束语


课后小知识  

我们国家能源结构以煤为主,2014年的数据显示大约66%左右,这是我们先天条件决定的。煤炭消费中约有60%多一点是发电,其余的用于钢铁、冶金、化工、建材、水泥等等工业,还有少量散烧。

正如文中所说,大型燃煤电厂的环保治理已经相当有水准了,燃煤污染真正需要引起社会关注的,是钢铁、化工、建材等等工业领域,尤其散烧几乎没有防治措施。国家对于煤炭清洁利用政策,明确提出了提高煤炭发电的比重。

不知道文章中大家注意到没有,作者用的是“大型燃煤电厂”,燃煤电厂里面的小火电机组,近年来关停了许多。随着电力市场化推进,他们自然会在竞争中被淘汰,我们的燃煤发电,会越来越清洁。

注:偶尔电厂烟囱也会冒真正的黑烟,这种情况一般是机组停运后重新启动,需要大量燃油点火。还有,环保部门对燃煤电厂是采取在线监测的,他们的排放时时刻刻都是被记录在案的。

拼到无能为力,累到感动自己,

                    与电力运行的所有兄弟姐妹们共勉!

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