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燃煤電站煙囪排放有色煙羽現象研究
http://www.abgskr.live 2017-12-29 15:28:41 《華電技術》

  摘要:闡述了燃煤電站煙囪排放的有色煙羽(主要是藍煙、黃煙等)的產生機制,分析了不同燃煤機組的運行工況、改造工藝等因素對有色煙羽的影響,結合現有的工藝及超低排放改造技術,提出了減輕有色煙羽現象的措施。

  1燃煤電站有色煙羽現象

  為降低煙氣排放污染物對環境的污染,燃煤電站先后建設脫硫、除塵、脫硝、脫汞等環保設施。但在安裝環保設施,尤其是加裝脫硝裝置、電除塵器改為高效電源、拆除脫硫系統煙氣換熱器(GGH)或燃燒高硫煤時,煙囪排煙出現了不同程度的有色煙羽,造成嚴重的視覺污染,給周邊生活的群眾帶來了較多顧慮,更給電廠環保工作帶來一定的壓力。

  2燃煤電站有色煙羽產生機制

  脫硫后的煙氣之所以會呈現藍煙或黃煙,是因為煤在燃燒過程中產生了較多的SO2,SO3和NOx等污染物,與水分及細微的煙塵顆粒物凝聚成一種粒徑與藍光、黃光波長相當的氣溶膠細顆粒物,被與其光波相當的細顆粒所散射。煙羽拖尾越長,意味著細顆粒質量濃度越高。煙羽的色度主要受煙氣中可凝結物和亞微米顆粒質量濃度的影響。有色煙羽的產生應具備污染物條件和氣象條件。

  2.1污染物條件

  大多數情況下,濕法脫硫后煙氣中存在SO3,形成的硫酸氣溶膠的質量濃度超過71.4mg/m3時,會出現可見的藍色煙羽,硫酸氣溶膠的質量濃度越高,煙羽顏色越濃、長度也越長;同時,硫酸氣溶膠會在大氣中形成細顆粒物(PM2.5),導致霧霾加重。當煙氣中存在大量的NO2時,NO2在光照條件下發生光化學反應,造成O3的累積,O3本身呈現藍色,且具有強氧化性,將煙氣中的SO2氧化為SO3,導致硫酸氣溶膠的生成;同時,煙氣中NO2與H2O發生反應,生成硝酸氣溶膠。

  2.2氣象條件

  氣象條件也是造成燃煤電站有色煙羽現象的主要條件之一。當污染物所在大氣區域結構穩定、風速較低、大氣擴散性能較差時,易造成污染物的積累;太陽輻射強度大,引發O3產生率高,且存在逆溫現象,就會導致煙囪排放有色煙羽。

  煙氣中產生有色煙羽現象的氣溶膠的粒徑非常小,易產生光線散射。顆粒的尺寸和可見光的波長接近,屬于瑞利散射,瑞利散射的特點是散射光的強度與波長的四次方成反比,因此短波的藍色光線散射要比長波的紅色光線強許多,使得陽光照射的反射側的煙羽呈現藍色,而在煙羽的另一側(透射側)呈現黃褐色。

  3有色煙羽產生原因分析

  3.1燃燒高硫煤

  從表1和圖1可以看出,#1機組煙氣中SO2質量濃度最高,煙囪排放的SO2質量濃度最高,藍煙現象最為明顯;#2機組煙氣中SO2質量濃度次之,藍煙現象居中;#3機組煙氣中SO2質量濃度最低,藍煙現象較其他兩臺機組輕:所以,煙氣中SO2質量濃度越高(即燃煤含硫量越高),煙囪排放煙羽顏色越明顯。

  3.2脫硝裝置催化劑與電除塵放電影響

  火電機組SCR脫硝催化劑V2O5/TiO2在催化還原NOx的同時會使一部分SO2氧化生成SO3,電除塵器放電使一部分SO2氧化生成SO3,提高了煙氣中SO3(包括H2SO4)的生成量和排放量。當煙囪出口SO3(包括H2SO4)排放質量濃度超過35mg/m3時,就會出現明顯的藍色或黃色煙羽。

  機組脫硝系統運行中過量噴氨時,NH3,H2O與SO3發生化學反應后會生成極細的亞微米級(NH4)2SO4,極易造成有色煙羽現象的產生。

  3.3煙氣換熱器(GGH)拆除

  GGH拆除后,煙氣含濕量增加,水分的存在加強了SO3氣溶膠的凝結,細微顆粒物質量濃度增加,導致有色煙羽現象加劇。

  3.4氣象條件

  每年11,12,1,2月光照強度弱,有色煙羽現象較為緩和;夏、秋季光照較強時,煙氣擴散能力弱,有色煙羽現象明顯。

  4解決措施

  消除有色煙羽是一個綜合治理的過程,應從以下方面著手:(1)控制煙氣SO3的生成及排放,降低其排放水平(SO3質量濃度低于35.7mg/m3),控制NOx的排放并合理噴氨;(2)去除亞微米顆粒和酸霧,減少酸性氣溶膠的產生。

  4.1噴堿性物質

  向爐膛內、選擇性催化還原(SCR)裝置后或空氣預熱器前噴入氧化鈣、氧化鎂等堿性吸收劑,降低煙氣中SO3的質量濃度,消除煙囪有色煙羽現象。堿性物質不同噴射位置如圖2所示。

  4.2采用新型脫硝催化劑

  采用調整釩、鎢等元素配比的新型催化劑,在保證脫硝效果的同時,減低SO2/SO3的轉化率。

  4.3混煤摻燒

  采取煤質混燒的措施,降低燃煤硫分,減少煙氣中SO2質量濃度,進而降低SO2/SO3轉化率。

  4.4加裝低低溫省煤器

  在一般的電除塵設備前加裝換熱裝置,煙溫可降至80~95℃,使煙氣中的SO3凝結并吸附在煙塵顆粒上。SO3的吸附起到飛灰調質作用,飛灰比電阻降低,除塵器效率提高。除塵器效率取決于煙氣中的酸露點以及灰硫比,通常當灰硫比超過100時,SO3在低低溫省煤器中的去除率可達95%以上。

  4.5采用濕式靜電除塵器

  濕式靜電除塵器(WESP)的濕環境、低電阻率和高輸入電壓特性使得其能有效地收集亞微米級顆粒物和酸霧。WESP可布置在脫硫吸收塔內,也可布置在煙道內,收集從脫硫塔逃逸出來的亞微米級顆粒物和硫酸霧滴,SO3的脫除率可達95%。

  5結論

  有色煙羽的產生與煙囪排放口SO2、SO3、NOx、NH3(銨鹽)、細顆粒物以及氣溶膠等污染物關系密切,結合燃煤電站正在進行的超低排放改造進行調整,上述氣態污染物質量濃度將會大幅下降,正常運行工況下產有色煙羽現象也會得到大幅減輕。

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