蓝烟/黄烟现象的研究及其对策

1.3可见烟羽的形成

燃煤电厂排烟形成可见烟羽的主要原因是硫酸雾滴的存在。硫酸雾滴的形成取决于硫酸的浓度和其在烟气中的露点温度，以及烟气中未被除尘器脱除的亚微米级固体颗粒的浓度，这些粒子可以成为酸液的凝结中心。硫酸的露点与硫酸浓度和水蒸气浓度之间的关系见图2。

当硫酸和水蒸气浓度增加时，露点温度就升 高[Verhoff and Banchero 1974]。如果烟囱的温度足够低，而水蒸气和H2SO4的浓度又足够高，那么H₂SO₄凝结后形成的气溶胶的浓度就可能达到在烟囱出口就形 成可见烟羽的程度。一旦烟气离开烟囱，由于冷却使得H₂SO₄的完全凝结，而周 围的环境空气又夹卷进入烟羽，对烟羽进行稀释，蓝烟/黄烟在一段距离之后会 逐渐消失。

即便在烟囱的工况能够使烟囱出口处仍有足够高的温度（例如湿法FGD系统 安装了GGH） ，这时在烟囱的出口处，烟气中大部分H₂SO₄仍然保持蒸汽状态，烟 囱的出口可能看不到烟羽，但是在离烟囱出口不远的下风向上， 仍然会出现一个 与烟囱出口分离的蓝烟/黄烟的可见烟羽，这是由于在H₂SO4的浓度没有被稀释 之前，烟温已经降低到了露点以下的缘故。

在大多数的情况下，尤其是H₂SO₄、水、亚微米颗粒同时存在时，凝结是主 要的生成机理。烟羽的浊度主要受到烟气中可凝结物和亚微米飞灰浓度的影响。 当H₂SO₄浓度较低或中等时，亚微米烟尘的粒径分布对烟羽的浊度有明显的影 响，主要是由于这些颗粒起到了汽相H₂SO₄凝结中心的作用。在烟气中亚微米颗 粒的直径为0.15μm时， 颗粒浓度、H₂SO₄浓度和烟羽浊度之间的关系见图3[Damel等1984，1987]。图中的灰色区域是ESP下游烟气中亚微米颗粒浓度的典型范围[Markowski等1980]。

说明：等浊度曲线是通过粗颗粒和亚微米颗粒的双模分布计算出来的。亚微米模式是假定粒子直径为0.15μm（Damel等，1987） 。灰色的区域是燃煤电厂排烟中典型的亚微米颗粒的质量浓度范围

图3中的曲线表明：在现实的亚微米颗粒的浓度范围内，H₂SO₄的浓度对于烟 羽的浊度影响很强。即使亚微米颗粒的浓度非常低如1 mg/m³，凝结的酸粒子也 还是可以作为形成新颗粒的凝结核，当H₂SO₄浓度从5ppm增加到10ppm时，烟羽 的浊度将从5％增加到10％。因此，在无法进一步降低亚微米颗粒物排放浓度的 情况下，控制SO₃的排放（也就是降低H₂SO₄）是唯一可行的达到烟羽浊度要求 的措施。

1.4烟羽的潜在影响

1.4.1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，数据尚还不完整，但总的来说，在酸性气溶胶的环境中，对于年青、健康成年人的肺功能影响很小。有研究表明：暴露在400μg/m³或更高酸性气溶胶浓度的环境中， 发现有清除黏膜纤毛改变和中等程度哮喘的支气管收缩。 

更为令人关注的是酸性 气溶胶和其它环境颗粒物的混合作用，包括元素碳和金属颗粒， 这种混合后的协 同作用会使得对人体健康的损害更加严重[EPA，1996]。 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。有研究表明，在这种情况下会出现眼睛和 喉咙灼痛、头痛等症状[Hawthorne, 2001]。

1.4.2对机组设备的影响

（1）低温腐蚀：SO₃会和烟气中的水蒸汽结合形成硫酸，在露点温度之下，H₂SO₄就会凝结，并且沉积在烟气通路上温度相对低的区域，如空气预热器，腐 蚀与之接触的金属部件。

（2）高温结垢：在600－650℃的温度区域，SO₃会与氧化金属表面发生催化 反应，生成三硫化铁或亚硫酸盐而结垢。

（3） 堵塞设备：SO₃还会与SCR脱硝喷入的还原剂NH3反应形成硫酸盐颗粒，尤其是硫酸铵（ （(NH4)₂SO₄）和硫酸氢铵（NH₄HSO₄） ，这些物质会导致低温设备部件的沾污和堵塞，如堵塞脱硝催化剂的微孔，降低脱硝效率，影响吹灰，导 致空预器结垢影响换热，增加阻力，加重下游除尘器和风机的负荷等。

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