超低排放燃煤电厂有色烟羽成因及治理技术的经济与环境效益分析

1.4 灰黑色烟羽及其成因

黑色烟羽(或灰色烟羽)是指由于烟气中烟尘等固体颗粒物排放浓度高，烟囱排放口附近的烟气呈黑色或灰色的现象，对于干烟气排放，在烟囱排放口就会形成黑色或灰色烟羽;对于湿烟气排放，烟囱口的白色烟羽会掩盖黑色或灰色烟羽，但白色烟羽消散后，黑色或灰色烟羽还会扩散很长的距离，即产生拖尾现象。

颗粒物排放浓度越高，林格曼黑度越高。当颗粒物质量浓度小于50mg/m3时，干烟气排放烟羽为无色，湿烟气排放为白色烟羽，且白色烟羽消散后看不见颗粒物的拖尾现象。超低排放要求烟气中颗粒物质量浓度小于10mg/m3，因此，超低排放燃煤电厂不会再出现黑色或灰色烟羽。

1.5 黄色烟羽及其成因

黄色烟羽是指烟气中NO2 浓度较高，烟囱排放的烟气呈黄色的现象。这种现象在实现超低排放的燃煤电厂一般不会出现，主要发生在燃气电厂启动负荷阶段、焦炉、转炉、化工厂等。燃煤电厂排放的NOx主要是NO，NO2的浓度很低。

1.6 白色烟羽及其成因

白色烟羽是指烟气通过湿法脱硫装置或湿式电除尘器处理后排放的湿烟气，通过烟囱排入大气，由于温度下降烟气中的水蒸气凝结产生的白色水雾，由大量1 μm 左右的细小水滴组成，在阳光反射下一般呈白色，但也会因天空背景色和光照、观察角度等原因呈现灰色，且自然扩散后会很快消失，不会产生拖尾现象。

满足超低排放要求的燃煤电厂普遍存在这种现象， 又称“ 湿烟羽”，俗称“大白烟”或“冒白烟”，是当前关注的热点，也是本文研究的重点。

1.7 蓝色烟羽及其成因

蓝色烟羽是指由于烟气中硫酸雾(即SO3 气溶胶或硫酸气溶胶)排放浓度较高，烟囱排放的烟气呈蓝色的现象。燃煤电厂烟气排放过程中，烟气中的SO3 基本上全部以硫酸雾形式存在。

根据美国的经验，当烟气中的硫酸气溶胶体积浓度在5×10– 6 ~10×10– 6(10×10– 6 相当于质量浓度为36 mg/m3 的SO3)时就可能出现蓝色烟羽，超低排放中部分治理设施对烟气中的SO3有较好的协同脱除作用，但仍有少数超低排放的电厂会出现蓝色烟羽。

SO3主要来源于锅炉燃烧、烟气脱硝催化剂氧化以及电除尘器放电氧化等过程。因此，该现象主要出现在燃用高硫煤电厂的烟囱附近。SO3对后续设备有较强的腐蚀作用，也是大气雾霾中的细颗粒物的成分之一，需要进行相应的控制。

由此可见，不同有色烟羽成分及其成因有较大差异，满足超低排放要求的燃煤电厂可能出现的有色烟羽仅有SO3含量较高的烟气生成的蓝色烟羽或烟气中气态水冷凝形成的白色烟羽。因此，下面仅论述蓝色烟羽和白色烟羽的危害及治理。

2 蓝色烟羽的危害及治理的经济与环境效益

2.1 蓝色烟羽的危害及治理要求

烟气中的SO3 主要以亚微米粒径的硫酸气溶胶形式存在，粒径越小，对于短波的散射越强，从而使烟羽呈现蓝色。硫酸气溶胶本身就属于细颗粒物，排入大气后还会和大气中的氨气(NH3)等反应生成盐。

目前，中国SO3排放尚无国家标准，仅部分省(区、市)如北京等地方标准提出SO3(或硫酸雾)须控制在5 mg/m3 以下。

在美国对于SO3排放也没有国家标准，但已有22 个州对燃煤电厂SO3提出了排放限值要求，其中有9 个州的排放限值低于5 mg/m3，12 个州介于5~10 mg/m3。

2.2 蓝色烟羽治理技术

对烟气中SO3 的控制主要有3 条途径。

一是控制燃煤含硫量和SCR 烟气脱硝过程中SO2/SO3的转化率。二是利用烟气治理中的低低温电除尘器(LL-ESP)、湿式电除尘器(WESP)、湿法烟气脱硫工艺(WFGD)、相变凝聚器等对烟气中的硫酸雾进行协同脱除，部分电厂的脱除效果见表2，SO3 的排放质量浓度全部小于5 mg/m3。

另据对上海6 个电厂的测试，在燃煤中硫含量为0.35%~0.95% 时，超低排放改造前SO3 排放质量浓度为4 . 5 8 ~ 3 1 . 3 0 m g / m 3， 平均值为1 3 . 4 0mg/m3;超低排放改造后SO3 排放质量浓度降低至0.80~3.68 mg/m3，平均值为2.29 mg/m3，减排率为53.6%~95.1%。

低低温电除尘器对SO3 的脱除效率一般在60%~80% 以上，湿法烟气脱硫工艺对SO3 的脱除效率在30%~80%，湿式电除尘器和相变凝聚器在30%~75%。三是向烟气中喷入碱性物质，中和烟气中的硫酸雾。

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