李 晨

（山西省科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化促進與數(shù)據(jù)監(jiān)測中心，山西 太原 030000）

1 濕煙羽的定義及污染物分析

在全世界范圍內(nèi)煤炭一直都是主要一次能源，其廣泛應用于電力、焦化、鋼鐵和化工等行業(yè)，由于煤燃燒或煤氣化，煙氣必須進行處理，常用的方法是尾部煙氣濕法脫硫和催化還原或非催化還原脫氮。為了達到超低排放，脫硫塔噴淋層數(shù)逐漸增多，使得脫硫塔出口煙氣中的水含量逐漸增大，飽和濕煙氣經(jīng)煙囪排放進入溫度較低的環(huán)境，飽和濕煙氣在環(huán)境中擴散與空氣混合過程中，煙氣中的水蒸氣會凝結(jié)形成小液滴，小液滴對光線產(chǎn)生折射、散射作用，從而使煙囪出口的煙羽呈現(xiàn)白色或者灰色，稱為“濕煙羽”（俗稱“大白煙”）[1]。一方面，濕煙羽造成大量水分流失，電廠運行能耗增加，且引起電廠周圍居民的生活困擾而產(chǎn)生環(huán)保投訴；另一方面，無論是哪種濕法脫硫工藝，濕煙羽中含有脫硫劑、副產(chǎn)品、SO3和酸霧氣溶膠，及氨法工藝逃逸的氨，這些會引起煙囪腐蝕和空氣質(zhì)量變差[2]。

濕法脫硫裝置對SO2的脫除效率高于97%以上，但對SO3的脫除效率只有30%左右。煙氣中SO3進入濕法脫硫系統(tǒng)后迅速冷卻到酸露點以下，絕大部分通過均相成核形成細小SO3氣溶膠，它們主要集中在亞微米級粒度范圍。大液滴酸霧可在噴淋塔中與漿液滴碰撞進而被漿液吸收除去，而氣溶膠顆粒在氣流中跟隨性好，可以繞過漿液滴不與液滴發(fā)生融合，因此通過漿液洗滌吸收SO3的脫除作用有限，大部分SO3仍隨煙氣被帶出脫硫塔外[3]。

“濕煙羽”或“藍羽”現(xiàn)象，這是目前燃煤行業(yè)面臨的突出環(huán)境問題之一，已經(jīng)逐漸引起了業(yè)內(nèi)人士的重視，“濕煙羽”消除及微量污染物脫除勢在必行。

2 國內(nèi)外濕煙羽控制技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

目前，主要有兩大類燃煤煙氣污染物控制技術(shù)：尾部煙氣FGD 脫硫+SCR 脫銷和爐內(nèi)石灰石脫硫+SNCR 脫銷+爐外半干法深度脫硫。尾部煙氣FGD 脫硫+SCR 脫硝技術(shù)在火電廠得到廣泛應用，盡管在穩(wěn)定性、安全性方面存在著氨逃逸率高、空預器積灰嚴重、石膏難以處理且排煙含水量大、濕煙羽等突出問題，但其能夠滿足國家要求的火電機組超低排放限值：煙塵質(zhì)量濃度為5 mg/m3、SO2質(zhì)量濃度為35 mg/m3和NOx質(zhì)量濃度為50 mg/m3[4]。

燃煤電廠超低排放改造技術(shù)中，采用低低溫電除塵器、濕法脫硫裝置和濕式靜電除塵器對SO3進行協(xié)同控制。低低溫電除塵器協(xié)同脫除SO3的效率，目前研究結(jié)果存在較大差異。對實際運行機組進行測試結(jié)果顯示，在機組滿負荷運行時，低低溫電除塵器對SO3脫除率為20%左右。

3 山西省產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

山西是全國十大火電大省之一。截至2020 年底，山西省發(fā)電裝機容量達到1.038 億kW，其中，新能源發(fā)電裝機容量3 282.7 萬kW，占全省裝機容量的31.6%。

菲達環(huán)保參與的山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司2×300 MW 機組煙羽脫白項目，采用漿液冷凝煙羽脫白項目，然而并未充分考慮煙氣消白后冷凝潛熱的利用。山西焦化股份有限公司采用間接式換熱技術(shù)回收煙氣中的顯熱，降低煙氣溫度，實現(xiàn)焦爐煙道內(nèi)的余熱回收，余熱利用煙溫大于140 ℃，相比脫硫后凈煙氣屬于較高品位熱源。長治興寶鋼鐵有限公司采用雙循環(huán)低溫余熱發(fā)電技術(shù)對軋鋼產(chǎn)線乏汽余熱進行利用，建成功率250 kW、壓力0.5 kg 的乏汽發(fā)電機組，可實現(xiàn)60 ℃～150 ℃低品位余熱的發(fā)電，目前已經(jīng)穩(wěn)定運行超過7 000 多個小時，共發(fā)電55 萬kW·h。

以燃煤發(fā)電機組為例，煙氣在脫硫塔內(nèi)經(jīng)過絕熱濕飽和過程后降至50 ℃左右，含有大量的水蒸氣潛熱。由于當前低溫余熱技術(shù)利用的限制，水蒸氣潛熱隨煙氣直接排放到環(huán)境中，造成余能的浪費。而當前低溫余熱利用技術(shù)，最低可以對60 ℃的煙氣進行余熱發(fā)電，缺乏更低品位的余熱利用技術(shù)。因此，開發(fā)低于50 ℃的低溫余能利用技術(shù)對于提高能源利用效率，減少污染物排放具有重要意義。

4 山西省在煙羽消除方面所做的探索

山西大學邱麗霞等人基于600 MW 空冷機組，考察了煙氣余熱用于加熱凈煙氣和用于加熱凝結(jié)水兩種余熱利用方式，從熱力學理論和經(jīng)濟效益兩方面對低溫煙氣處理系統(tǒng)中兩種煙氣余熱利用方案進行了對比分析，未進行實際示范應用。太原理工大學胡杰鋒等人研究了排煙溫度對燃氣發(fā)電鍋爐熱效率的影響，對比分析冷凝式煙氣余熱回收和熱管式煙氣余熱回收的技術(shù)特點，以及實際應用過程中在運行成本、熱效率、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問題。何川等人以600 MW 機組為對象，采用等效熱降法，對比研究了低壓省煤器、暖風器-低壓省煤器聯(lián)合運行和分煙道等3 種余熱利用方案，對余熱利用經(jīng)濟性進行了分析。

從上述省內(nèi)技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀調(diào)研可以看出，當前省內(nèi)主要高校與科研機構(gòu)主要針對煙氣中的顯熱進行利用，以提高機組熱利用效率，缺乏對低溫煙氣中水蒸氣潛熱利用的研究。另外，對比低品位余熱用于發(fā)電與用于供熱這兩種方式，從熱量的“質(zhì)”和“量”兩個角度出發(fā)考慮，城鎮(zhèn)集中供暖是低品位工業(yè)余熱應用的適宜場合[5]。

5 煙羽消除技術(shù)的研究方向

當前，國內(nèi)主要采用冷凝、加熱、加熱再冷凝三種技術(shù)方案解決煙羽問題。首先是煙氣加熱技術(shù)，可采用間接式加熱方式和混合加熱方式，可以在一定環(huán)境溫度條件下消除煙羽問題，但是不能起到降低煙氣絕對濕度的效果，也不能進一步深度脫除多種污染物。其次是煙氣降溫技術(shù)，可以回收一定的熱量和水分，同時脫除多種污染物，具有一定的消白煙能力，但是在實際應用過程中，腐蝕問題難以解決。最后是煙氣冷凝后再加熱技術(shù)，可以有效消除白煙問題，但是系統(tǒng)阻力較高，熱量回收效果較差，同時腐蝕問題也很嚴重。

針對節(jié)能型煙羽消除與多種污染物同時脫除的技術(shù)要求，下一步的研究方向?qū)捎弥苯咏佑|式冷凝換熱技術(shù)回收煙氣中的潛熱，降低煙氣露點溫度，以氣液反應器的形式實現(xiàn)煙氣降溫除濕，這樣不但大幅度提高了換熱效率而且可以避免間接換熱過程中的煙氣冷凝問題。采用吸收式熱泵技術(shù)，可以實現(xiàn)煙氣中潛熱的回收，用于居民供暖，實現(xiàn)低溫余熱的高效利用。采用流型調(diào)控裝置強化噴淋塔內(nèi)氣液接觸時的傳熱傳質(zhì)效果[6]。通過氣液流型調(diào)控裝置改變局部氣液流動狀態(tài)，改變顆粒物捕集機制，由單個噴淋環(huán)境下單個液滴的碰撞捕集為主，轉(zhuǎn)變?yōu)闅馀萘鲃舆^程中的多種捕集方式共同主導，強化了多尺度顆粒物捕集效果[7]。

直接接觸換熱克服了間壁式換熱存在的換熱面積大、腐蝕等問題。目前國內(nèi)外有關(guān)研究中，清華大學對這部分研究較多，建立了數(shù)學模型，并進行了理論和實驗研究。由長福提出的噴淋式吸收塔內(nèi)的增加減阻流場組織技術(shù)，可以以較低的成本提高塔內(nèi)氣液流場分布的均勻性，增強氣液傳質(zhì)效果，并通過中式試驗與現(xiàn)有多孔合金托盤進行了對比，在控制系統(tǒng)阻力方面具有顯著的優(yōu)勢；提出的氣液流型調(diào)控技術(shù)，可以有效的改變局部空間內(nèi)氣液流動狀態(tài)，使之產(chǎn)生鼓泡流、攪混流等不同的流動形態(tài)，強化氣液接觸面積，提高傳質(zhì)效果，同時可以提高顆粒物捕集效果；通過實驗室尺寸和中試尺寸的實驗考察并得到了結(jié)構(gòu)參數(shù)與操作條件對流動狀態(tài)、污染物脫除效率的影響，并進行了工業(yè)示范應用。

6 結(jié)論

開發(fā)煙氣低溫余熱利用技術(shù)，消除有色煙羽問題，實現(xiàn)多種低濃度污染物脫除對于帶動山西節(jié)能與環(huán)保行業(yè)發(fā)展、促進能源與經(jīng)濟轉(zhuǎn)型具有重要意義。

采用吸收式熱泵和直接接觸式換熱相結(jié)合技術(shù)，目的是深度回收煙氣冷凝余熱，提高熱源供熱效率、增加熱源供熱能力。通過深度回收煙氣余熱，可大幅度提高燃煤鍋爐的熱效率，降低煤炭消耗量。在回收余熱的同時使脫硫塔后煙氣中的水蒸氣冷凝，減少水蒸氣的排放量，從而減少水消耗，節(jié)省水資源。同時實現(xiàn)煙氣中多種濃度的污染物的深度脫除，對于提高發(fā)電機組熱利用效率，控制排煙污染物水平具有非常重要的意義。