大型燃煤电站锅炉冒白烟的研究

第 4 6卷第 3 期 2 O 1 5年 5月 锅 炉技术 B0I LER TECHN0L0GY Vo 1 4 6，NO 3 M a y ，2 0 1 5 大型燃煤 电站锅炉 冒 白烟 的研究 裘立春 ( 浙江浙能技术研究院有限公司 ，浙江 杭州3 1 0 0 0 3 ) 摘 要 1 分析计算 了电站燃煤锅炉烟气绝对含湿量 的变化 ， 计算研 究 了与燃 料类型 、 过量 空气系数 ， 空气 中 的绝对含湿量的关系 。同时研究分析 了烟气经 过脱硫塔 的水分变 化及离 开脱 硫塔后 烟气再加 热的过程 。并 在焓湿 图中分析了离开烟囱后冒白烟 现象 。 关键词 ： 电站燃煤锅炉 ；白烟 ；烟气 再加 热 ；绝对湿度 ；水分蒸发 中图分类号 ： T K2 2 9 6 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 2 4 7 6 3 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 2 6 0 4 0前 言 大型 电站锅 炉 的烟 囱 冒出 的 白烟 ， 实 际是 水 蒸气 。但 是对该 问题 的认 识 ， 没 有 得 到全 社 会 公 众 的认 可 ， 即 实 际 有 视 觉 污 染 。大 型 电 站 锅 炉 ， 尤其 是投 运 了湿 法脱 硫 系 统后 ， 烟 囱 中 冒白烟 现 象加 剧 。烟 囱中偶 尔有 冒蓝 烟 、 黄 烟等 现 象 。关 于脱 硫烟 囱 冒 出蓝 烟 、 黄 烟 ： 在 当前 燃 煤 电厂 的 环保 治理 条件下 ， S O。的排放 是 影 响 烟 羽颜 色 和 不透 明度 的重要 因素 之一 ， 主要 是 S O。以及硫 酸 的气 溶胶 对短波 长蓝 色光 的散射视 觉效 果 。 很多 国 内公开 发 表 的论 文 中 ， 对 于 烟气 中水 蒸气成 分 和环境 中相对 湿度 的关 系 ， 缺少 详 细 的 计算。其中有提出了具体的数据 ： 从避免白烟 的 角度考 虑 ， 如果 要求 当温度 高于 5 时 ， 不会 出现 白烟 ， 4 5的饱 和湿 烟 气需 要 加 热 到 6 9 。5 O 的饱 和湿 烟气 ， 需要 加热 到 8 6 ， 而 5 5 的饱 和湿 烟气需要 加热 到 1 0 8 。如果要 求温度 高于 1 O时不 出现 白烟 ， 4 5 的饱和湿 烟气需要 加热 到 5 8 ， 5 0 的饱 和 湿 烟气 需 要 加热 到 7 1 ， 而 5 5的饱 和湿烟气 需要加 热到 8 8_ 1 。 在 日本 ， 很 多锅 炉 以重 油为燃 料 ， 对 于脱 硫前 的湿 含量为 1 0 9 6 左右 。湿法脱 硫后 增加 到 1 5 。 如此高的湿含量， 加上 日本冬季寒冷气候 ， 需要完 全 消除 白烟 ， 需要将 烟气从 5 O加热 到 1 0 0 1 3 0 z 3 。我 国燃 煤 锅 炉 ， 湿 法脱 硫 前 的含 湿 量 一 般为 2 5 ， 湿法脱硫后增加湿度到 1 0 左 右 ， 只需 将 烟 气 从 5 0 左 右 升 温 至 7 O 8 O 2 。由于烟气 再加 热 的高 成本 ， 美 国 电力 科 学 研究 院 ( E P R I ) 提 出 了湿 烟 囱的设 计 导 则 及 修 订 版 。 对 于燃 用高水分 的燃料 ， 有相 关研 究 ， 以某 城 市 的 日气象 数据 为 基础 ， 对 某 电厂前 5年 烟 囱 冒 “ 白烟” 的天数 进 行 了计算 ， 并 对 烟 囱 出 口烟 气 温 度 提高后 烟 囱 冒“ 白烟 ” 的 天 数 进行 了 计 算 和 判 断 ， 显 示 ： 1月 、 2月 、 1 1月 、 1 2月 容易 产生 “ 白烟” ， 这 主要 由于冬 季 空气 温度 很 低 且 湿度 较 高 所 致 ， 其他 月份 除梅 雨季节外很 少 出现 “ 白烟 ， 。 在 日本 大容 量 的 烟 气 脱 硫 系 统 均 不 设 烟 气 加 热系 统 ， 烟 囱的 白烟 也 得 到 了公 众 的认 可 ， 可 以排放 。在 德 国 ， 大 型 燃 烧 设 备 法 中 明确 规 定 ， 烟 囱入 口最 低 温 度 为 7 2 ， 以保 证 烟 气 扩 散 ， 防止 冷 烟 雾 下 沉 ， 也 就 是 说 烟 囱不 允许 冒 白 烟 。在 美 国 F GD一 般 不 采 用 烟 气 再 加 热 系 统 ， 而对烟 囱采取防腐措施。我 国排放标 准 中没有 对烟囱排烟温度作出规定， 根据文献 5 ， 认为有 GGH， 每年 5个 月 不 冒 白烟 ， 没 有 GGH， 全 年 3 个 月不 冒白烟_ 5 。 这 些文献 ， 均 没有 对 冒白烟 现 象进 行数 据 量 化 分析 。 大型燃煤 电站锅炉往往采用湿法脱硫 ， 该方 法是技 术最 成熟 的 S O。 控制 技术 ， 也 是 采用 的主 要脱硫 方 法 。在 目前 电站 锅 炉 实 施 超 低 排 放 的 工程实践 中， 为消除 冒白烟现象， 有对脱硫 烟气 收稿 日期： 2 0 1 5 0 l 一2 O 作者简介： 裘立春( 1 9 7 2 ) ， 男 ， 硕 士， 主要从事锅炉技术工作及研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 裘 立 春 ： 大 型 燃 煤 电 站 塑 里 皇 壅 2 7 第 3期 善 耄 翌 热 3 0 篆 箍 趸 的 是 ，还 有 的 取 值 更 高 ，烟 气 丹 帝 叫 最 佳 蒿 燃 煤 电 站 锅 炉 “ 冒 白 ， 善 吴 善 誓 耄 ： 气 的过程 和 冒 自烟 产 生 的成 凶进 1 切 。九 发了基于 E x c e l 的计算模型。 1 燃烧烟气 中的水蒸气计算研 究 和 漩 著 嘉 亲 言 耄 耄 銎 黧 算和工程实践中 鼍 蔫 磊 4 一，o ：( 1 ) 燃煤 电站锅 削燃 付 雾 曼 差 票 燮 羹 g M P g a ， 羔 嚣 釜 蔫 耋 ； ；釜 囊 蒸 奎 少， 一般可以占到烟气中水蒸气削 。 这 里 誓 一 般 以 烟 气 中 水 蒸 气 的 体 积 百 今 量 湿 霎 盖 蓊 篙 蒜 翥 系数进行较为系统 的研究， 其 中备柙燃科 驯儿糸 34 6 5 0 5 6 5 5 6 4 9 2 4 4 1 3 9 3 2 O 8 O 1 1 1 O 8 O5 0 6 0 7 u 9 8 15 8 7 0 8 O 2 4 O 2 5 9 1 4 4 1 7 4 2 8 0 3 0 ： ： ! ： 京西无烟煤 w( M ) w( A ， ) 对 渝 ： 翥 。 ， 水分高达 4 0 9 6 的条件下变化到水分 烟 气 中 绝 。 3 0 芝 g k g 挂 。 鐾 气 系 数 成 反 向 关 系 ， 过 量 空 气 糸 甄 入 筹 与 空 对 湿 度 的 关 系 见 烟 气 绝 对 含 湿 量 与 空 气 布目 J曼 副 不 图 2。 7 7 2 4 9 O 吼 煤 一 8 0 o 堕 L 料 一 燃一 质 一 0 一 分 一 一一 一 一 一 一 面 一 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 锅 炉 技术 第 4 6 卷 由 图 2可 知 ， 不 同燃 料 的 燃 烧 计 算 ， 烟 气 绝 对 含湿量 和 空 气 相 对 湿 度 的关 系 ， 其 差 值 ， 可 以 基 本认 为和 燃 料 没有 关 系 。由 0 的相 对 湿 度 ， 此 时空气 绝对 含适量 为 0 g k g 。1 0 0 相 对 湿度 时 ， 空气 绝 对 含 湿 量 为 2 1 8 g k g 。不 同燃 料 的 3种计 算工 况下 ， 烟 气 中 的 绝 对 含 湿 量 相 差 为 2 O 7 2 1 0 g k g 。 即可 以认 为 ， 空气 中的含 湿量 以近似 相 同幅度影 响烟气 中的绝对含 湿量 。 2 脱硫过程 中水蒸气的变化 在 涉及 湿空气 的工程 问题 中 ， 湿空 气 的 成 分 虽 然有 所 变 化 ， 但 是 其 中 干 空 气 的 含 量 是 不 变 的 。变 动 的只是其 中水蒸 气 的含 量 。 同理 ， 烟 气 脱 硫也 可 以按该方法 处理 。 烟 气在 脱 硫 塔 洗 涤 过 程 中 ， 烟 气 中 的成 分 ， 如 N 、 c O 、 0 。等 成 分 为 基 本 不 变 ， 变 化 的 是 S O 由 1 0 0 0 3 0 0 0 mg m ， 经 过 脱 硫 塔 后 ， 变 化 到 5 0 mg m。的过程 和烟尘 浓 度 的进一 步 降 低 。关 于该 过程 ， 可 以近 似认 为 烟 气 和烟 气 中的 水 蒸气 按 理 想 气 体 分 析 处 理 。脱 硫 过 程 可 以 认 为是 烟气温 度 降低 到绝 热饱 和 温 度 ， 烟气 湿 度 增 加到 饱和状 态 。同时 ， 饱 和 烟气 还 携 带部 分 水 滴 和水 雾 。即脱硫 过程 中 ， 如果 烟 气 的实 际水 蒸 气 量大于最大水蒸气量 ， 那么多余 的水蒸气将全部 凝结 为液态 ， 变成 水 滴 或者 水 雾 。关 于该 烟 气 洗 涤过程， 文献E z 3 有详细的系统研究 。 离开脱 硫 塔 的烟 气 中水 蒸 气 绝 对 含 湿 量 和 烟气 温度可 以参 考含 湿 量 和温 度 的关 系 曲线 ， 即 认 为 烟气相 对湿 度 为 1 0 0 ， 得 到饱 和状 态下 ， 烟 气含 湿量 和离开 脱硫 塔 烟气 温 度 的关 系 曲线 ， 如 图 3 。图 3同时进行了不 同大气压力下 1 0 0 9 6 相 对湿 度 曲线 比对 。 #NR ( g k g 一 、 图 3 绝对含湿量和温度及大气压力的关系 根 据 图 3 ， 可 以 明确 不 同烟气 温 度下 ， 烟 气所 能容纳 的 最 大 水 蒸 气 含 量 。 在 1个 大 气 压 下 ， 如 ： 烟气 温度 在 5 0下 ， 烟 气 能 容纳 的最 大水 蒸 气含量为 8 5 g k g干烟气 。当烟气温度升 高到 6 0 时候 ， 烟 气 能 容 纳 的 最 大 水 蒸 气 含 量 为 ： 1 5 0 g k g 干烟气 。又如图 3 ， 当大气压力下降时 ， 对应 的焓湿 曲线相 应下 移 。 3 脱硫塔后烟气再 热的研 究 由于不 同的燃 煤 电厂 ， 采 用 的烟 气再 热方 法 不一 。有 的 电厂 部 分 机 组 ， 不 采 用 烟 气 再 热 ， 脱 硫后 直接排 入大 气 。烟气 的再 热 ， 其 中有 饱 和烟 气携带部分水滴和水雾再加热成水蒸气的过程。 根据某 大型燃 煤 电厂不 同机 组 ， 不 同 配置 了 烟气再 加 热 烟 囱进 口的 烟 气 含 湿 度 实 际 测 量 结 果 ， 如表 2 。 表 2不 同配置 下脱硫 塔前 和烟 囱进 口的 烟气含 湿度 实际测 量结 果 4 烟气离开烟 囱的过程 烟 囱 冒 白 烟 的基 本 原 理 ： 排 烟 中水 分 ( 水 蒸 气) 在烟囱出口与大气稀释冷却水蒸气产生过饱和 而雾化成 水滴 ， 这些水滴在 光线 的照射下产生 散乱 反射 而发生 白烟现象 ， 见 图 4 。 图 4 焓湿图 中白烟现象产生分析 发 生 冒 白烟 的原 因 ， 与 大 气 温 度 、 湿 度 ( 图 4 中 A 点 ) 有 关 ， 也与排 烟 中的水 分 率 、 烟 囱出 口的 排 烟 温度 ( 图 4中 B 点 ) 相关 ， 同时与大气 压力 有 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 裘立春 ： 大型燃煤 电站锅炉 冒白烟的研究 2 9 关 ， 影 响 图 中的 1 0 0 湿度饱 和线 位置 。 排烟 点 B 和大气点 A 的连线 与 湿 空气 饱 和 曲线 ， 即相 对湿 度 为 1 0 0 的等 相对 湿度 曲线 ， 有 交叉 ， 即可 以理解 具 备 发 生 冒 白烟 的 条 件 。A 与 B 的混合点 y， 位置位于湿空气饱和 区， 则会产 生冷凝 现 象 。表 现 为 ： 在 烟 囱 出 口附 近 的 空 气 中 ， 产 生许 多 细小 的 水 珠 ， 形 成 白烟 。该 白烟 现 象 一般 发生 在烟 囱出 口上方 5 6 m 的高度 处 。 由图 4可 以看 出， 离开脱 硫 塔 的烟气 ， 相 当于 B点， 加热烟气 ， 即焓湿 图中上升至 B 点。此时， AB 连线 ， 只要 B 点 图中 的位置 足够 高 ， 无 论环 境 条件 如何 ， 均不会发 生 冒白烟 。但是 实际工程 中大 幅度 提升烟气 出 口温度 ， 运行成本无法 接受 。 北方地区相对气候干燥 ， 即使气 温低 ， 但是 图中 的 A 点 ， 远 离饱 和湿 度 线 ， 发 生 白烟现 象 相 对 少 。高原地 区 ， 如 图 3中 的 曲线 ， 图 中 的 饱 和 湿度线相对低 ， 同样 的烟气含湿条件 下， 发生 白 烟 现象 也相对 少 。 此外 ： 烟 囱点 的位 置 和环境 略有所 不 同 ， 表现 在 ： ( 1 ) 烟囱高度 2 4 0多米 ， 每升高 1 0 m大气压降 低 1 0 0 P a ， 烟 囱顶部大气压力 约 1 0 0 0 h P a ， 略小 于 大气压力 。( 2 ) 海 拔 每 上 升 1 0 0 0 m， 温 度 降 低 6 ， 即烟 囱高度温度较大气 温度低 1 4 4 。 根据 图 4 ， 在 环境温度 低于 1 0 的情 况下 ， 离 开烟 囱的温度小 于 8 O 的条件下 ， 同时 ， 绝对湿度 约在 8 5 g k g的前提 下 ， 冒白烟几乎是必 然的 。 提高环境温度 ， 能很好 的解决 冒白烟 问题， 但环 境 温度无 法 改变 。当环 境 温度 升 高 后 ， 可 以 在不 冒 白烟 的前提 下 ， 有 的 电厂 设 置 有利 用 蒸 汽 进行烟气再热 的装置 ， 此时， 可 以降低排 烟温度 减少辅汽用量 。大型 电站锅炉 中， 降低 F GD 出 口烟气 温度 ， 在一 定程 度 上 可 以减 少 冒 白烟 的发 生 ， 相当于降低离开 F GD烟气的绝对含湿量 。 同时 ， 由 于该 过 程 可 以具 体 量 化 分 析 ， 本 文 开发 了基 于 E x c e l 计 算模 型 。相应调 节 环境 温度 或者 烟气 参数 ， 能量 化判 断 冒 白烟 的产 生与 否 。 5 结 语 大 型电站 锅炉 的锅 炉 烟 囱 冒 白烟 问题 ， 在 寒 冷 的冬 天 ， 认 为 很 难 避 免 ， 白 烟 实 际 是 水 蒸 气 。 通过 燃烧 烟气 中 的水 蒸气 计 算 研 究 ， 燃 烧 原 烟气 的水 蒸气 绝对 含湿 量 主要 取 决 于 燃料 中 的水 分 。 变化 幅度 可 以在 3 0 1 8 6 g k g 。同时 ， 烟 气 中绝 对湿 度和燃 烧 过量 空气 系数 成 反 向关 系 ， 过 量 空 气系 数越 大 ， 烟 气 中绝 对 含湿量 越相 对小 。 脱 硫过 程 中 ， 离 开脱 硫 塔 的烟气 含湿 量 为 对 应 排 烟温 度 的饱 和 含 湿 量 。 同 时 夹 带 有 水 滴 。 脱硫塔 后烟 气 的再 热 ， 其 中有 饱 和 烟气 携 带 部 分 水 滴 和水雾 再加 热成 水蒸 气 的过程 。 烟气 离 开 烟 囱 的 过程 ， 根 据 焓 湿 度 分 析 ， 只 有 加 热烟气 到某 临 界 温度 以上 ， 才有 可能 避 免 冒 白烟 。该加 热温 度 ， 取决 于大 气 温度 和大 气 湿 度 及 大气 压力 、 烟气 中绝 对含 湿量 。 参 考 文献 ： 1 薛建明 ， 等湿法烟气脱硫设计 及设 备选 型手册 M 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 1 l _ 2 刘永芹 湿法 脱 硫 系统 的烟 气再 热 机理 及再 热 度 的确 定 D 济南 ： 山东大学 ，2 0 0 5 3 Re v i s e d We t S t a c k De s i g n Gu i d e S E P R I ， P a l o Al t o ， C A： 2 O 1 2 E 4 王震 垃圾焚烧 厂“ 自烟” 问题 的研究 J 环境 卫生 工程 ， 2 O 1 0， 1 8 ( 4) 5 李朝旭 ， 刘 峰燃煤电厂脱硫装置 中无 烟气换 热器 的优越性 分析口 环境保护与循环经济 ， 2 0 1 0 ， 3 0 ( 7 ) Th e R e s e ar c h o n St a ck W hi t e F u me i n L a r ge Ut i I i t y Boi l er Bu r n i n g Co a l QI U L i c h u n ( Zh e j i a n g En e r g y Gr o u p Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t Co ，Lt d ，Ha n g z h o u