烟气“脱白”技术的治理核心

白烟的形成原因与烟气“脱白”技术湿法出口的烟气温度较低,多为50~60°C,并且由于湿法工艺需要采用氢氧化钠溶液等碱性溶液与烟气中的二氧化硫、三氧化硫等酸性气体反应,以实现脱硫的效果,故而湿法出口处的烟气为饱和烟气,水蒸汽含量高。如果湿法出口的低温饱和烟气直接经过烟囱排入大气中,则烟气与冷空气快速接触的时候,会使得饱和水蒸汽冷凝析出,形成细小微水滴,悬浮在空气中,再加上阳光折射的作用,会形成肉眼可见的白色烟羽。可见,白色烟羽的形成和烟囱出口处烟气的温度、水含量以及大气温度与湿度密切相关。由于大气条件无法改变,因而现有的烟气“脱白”技术主要是从提高烟囱出口温度以及降低烟气中的水含量两方面着手,或者两者联用,以保证烟气“脱白”效果。

脱除烟气中水份的技术主要包括:冷却法和电磁法

冷凝法是对烟气进行降温,烟气中水蒸气的饱和度随着温度的降低而降低,因而冷却处于饱和状态下的烟气,烟气中的水份会冷凝析出,进而降低烟气中的水含量。实际工程中,多采用喷淋法、换热法等途来实现烟气降温。目前普遍认为采用冷凝方法时,为保障良好的烟气“脱白”效果,正常工况下,在夏季(4—10月),冷凝后烟温需达到48°C以下;在冬季(11月—次年3月),冷凝后烟温需达到45°C以下。

电磁法则是通过电磁发生器使烟气处于磁场中,当含雾滴的气体通过该磁场时,在磁场力的作用下,雾滴、小液滴、小颗粒等,均会移动到电磁接受极,并形成动态液膜,回流至储水箱,进而降低烟气中的水份含量。然而,目前电磁法在实际工程中的应用较少。

烟气加热技术分为两种形式,一种是间接换热加热方式,一种是烟气混合加热方式

间接换热法是通过换热器,对烟气进行加热,提升烟气温度[8]。烟气混合法则是利用高温新鲜空气或者高温烟气与湿法出口烟气进行混合,提升烟气温度。然而,目前实际工程中应用最为广泛的是减湿———加热技术,即把降低烟气中的水份和提高烟囱出口处的烟气温度联合使用,包括MGGH烟气冷凝再热系统工艺[10]、降温混风法等。

生活垃圾焚烧发电行业烟气“脱白”的必要性分析

利于视觉污染的消除与“邻避”现象的消除

生活垃圾焚烧发电厂的烟囱出口如果出现大量白色烟羽,势必会造成视觉污染,给不清楚白烟形成原理的普通群众带来心理负担,尤其是给周边居民带来强烈的不安感与恐惧感。这无疑会加剧生活垃圾焚烧发电行业的“邻避”现象,增加生活垃圾焚烧项目选址的难度。因而,采用烟气“脱白”技术,无疑会消除这种视觉污染,使得生活垃圾焚烧发电行业更容易被附近居民所接受。与此同时,由于生活垃圾运输距离的要求,垃圾焚烧项目大多临近城区或者处于城区之中,因而,烟气“脱白”也有利于改善市容市貌,利于建造城区友好型生活垃圾焚烧发电项目。

雾霾治理的需求

如上文所述,白烟即为烟气经烟囱排放,冷凝析出,成为的细小水滴,这些细小水滴容易在大气层中悬浮,逐渐累积组成气溶胶系统,进而形成雾,而浓雾使得可见度降低,影响飞行、高速公路交通等。除此以外,大气中较高的水份含量也是诱发二次气溶胶形成霾的主要因素之一。与此同时,在生活垃圾行业中,湿法脱硫通常采用氢氧化钠溶液作为脱硫试剂,其与烟气中的二氧化硫、三氧化硫和氯化氢等酸性气体发生化学反应,生成硫酸盐等盐分物质。故而,湿法脱硫后排出的湿烟气中,不可避免地含有一定量的硫酸盐等溶解盐和其他非溶解物,当其经过烟囱排入大气时,烟气在大气中脱水后会产生大量细颗粒物,即PM2.5颗粒,甚至PM0.38、PM0.07的超细小颗粒物,并且,其可以在空中长时间停留,还可随气流迁移,故而在一定气象条件下,其会成为造成雾霾现象的主要因素之一。

此外,生活垃圾焚烧发电行业中,烟气脱硝过程常采用氨水或者尿素作为脱硝剂,为了实现氮氧化物的稳定达标排放,往往会投加过量的脱硝剂,故而会发生一定程度的“氨逃逸”现象。因此,净化后的烟气中依然存在一定量的氨气。而生活垃圾焚烧行业的烟气中存在一定量的氯化氢,主要来源于生活垃圾中的塑料类物质;即便经过净化后,烟气中仍含有一定量的氯化氢,因而当烟气从烟囱出口排出,遇冷降温,当温度低于140°C时,烟气中残存的氨气和氯化氢会发生反应,生成白色固体氯化铵飞雾,这类污染物尺度极小,容易造成雾霾。因而,白色烟羽中并非全是水蒸气,也含有这些硫酸盐、氯化铵等超细颗粒物。

白烟中的水份含量高,同时带有超细颗粒污染物,具备了形成雾霾的必要条件。所以目前一些专家学者认为,白烟和雾霾的形成息息相关,甚至是造成雾霾大爆发的主要原因之一。周勇通过大数据调查、气象数据的分析和实验等方法,论证了湿法脱硫后产生的白烟是2013年雾霾大暴发的主要因素。朱维群等通过对湿法脱硫过程的研究,认为湿法脱硫后排出的烟气中含有水溶性盐的水份的排放是雾霾发生一个主要原因。赵茂中和喻佳彤也认为烟气“脱白”技术的治理核心不仅是对烟气中的水份进行冷凝去除,更需要同时使得大量气溶胶粒子通过凝聚并沉降的方式得以去除。可见,烟气“脱白”技术的确可以在一定程度上缓解雾霾现象的产生,但相对于火电、钢铁等行业而言,生活垃圾焚烧行业的烟气排放量较小,因而对雾霾的缓解作用有限。

利于水资源节约

目前,生活垃圾焚烧行业普遍采用“两级湿法+烟气再热”组合工艺来实现烟气“脱白”。两级湿法技术即湿法塔分为吸收部和减湿部,吸收部需要喷淋氢氧化钠溶液,并使其与烟气充分接触,通过酸碱中和反应,来去除烟气中的酸性气体。而减湿部则是通过降低烟温,使得烟气中的水份冷凝析出,来避免白烟的形成。冷凝析出的水份可以在经过一定处理后,作为全厂循环水的补水或者用于半干法脱硫工艺中的石灰浆制备水,节约优质水资源。这对缺水地区或者取水困难、用水价格高的项目十分有利。

增加投资和运行费用

烟气减湿过程需要冷源,对烟气进行降温,如采用循环水等媒介进行降温,需要单独配置减湿循环水泵,还需要将高温侧循环水送入厂区冷却塔进行冷却。这些工艺流程均会产生一定的运行费用,增加生活垃圾焚烧厂的运行成本。此外,考虑烟气“脱白”后,湿法烟气出口的烟温大多低于50°C,因而后续需要对烟气进行再加热,保障烟气“脱白”效果,在生活垃圾焚烧处理行业,“脱白”后的烟气再加热目前多利用GGH换热器实现,并且由于湿法出口烟气温度较低,需要选用氟塑料GGH换热器,其投资极高,造价高达几百万元,极大增加了烟气净化系统的设备投资费用。综上所述,生活垃圾焚烧行业如果采用烟气“脱白”工艺,则会增加设备投资、增加能耗和运行费用。2.5产生废水生活垃圾焚烧行业中的烟气“脱白”工艺,会使得烟气中的水份冷凝析出,然而,冷凝水在析出、回落收集的过程中,会带入一些溶解性盐分、重金属和少量有机物等杂质,故而需要对这部分冷凝析出水进行处理,增加了废水处理设备的投资和运行费用