超低排放燃煤電廠有色煙羽成因及治理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益分析在滿意超低排放要求的燃煤電廠，普遍存在的是白色煙羽，有少數(shù)燃用中、高硫煤的電廠會(huì)消失藍(lán)色煙羽。重點(diǎn)分析了藍(lán)色煙羽和白色煙羽治理技術(shù)及其投資、運(yùn)行費(fèi)用以及其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益。對(duì)于白色煙羽的治理，其污染物減排效益有限，甚至有可能增加污染物排放，不宜全面推廣。對(duì)于藍(lán)色煙羽的治理，需加強(qiáng)對(duì)煙氣中SO3檢測(cè)與治理技術(shù)的討論與示范，并出臺(tái)SO3的排放標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)存在藍(lán)色煙羽現(xiàn)象的電廠進(jìn)行規(guī)范治理。自2016年上海市出臺(tái)《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB31/963—2016)，要求燃煤發(fā)電鍋爐應(yīng)實(shí)行煙溫掌握及其他有效措施消退“石膏雨”和“有色煙羽”等現(xiàn)象，加之京津冀、長(zhǎng)三角等重點(diǎn)地區(qū)冬季大氣污染仍頻繁發(fā)生，對(duì)有色煙羽的成分、成因等討論不夠，“有色煙羽”治理開(kāi)頭受到各地政府的高度關(guān)注。截至2018年底，已有天津市、浙江省、河北省以及江蘇省徐州市和鎮(zhèn)江市、山西省臨汾市等地方政府或相關(guān)部門(mén)要求對(duì)超低排放燃煤電廠“有色煙羽”進(jìn)行綜合治理。“石膏雨”、“煙囪雨”、“大白煙”、“有色煙羽”、“濕煙羽”、“藍(lán)煙”、“黑煙”和“黃煙”等各種詞匯見(jiàn)諸于政府文件、學(xué)術(shù)論文及媒體，導(dǎo)致肯定的概念混淆，使得政府、企業(yè)無(wú)所適從。本文從有色煙羽的定義、成分、顏色、治理技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益等方面進(jìn)行系統(tǒng)討論，為客觀分析滿意超低排放要求的燃煤電廠的煙羽治理供應(yīng)決策依據(jù)。1煙羽定義及其成因分析1.1煙羽及其成分當(dāng)煙氣從煙囪或其他裝置排入大氣后，由于它具有肯定的動(dòng)量和浮力，在向下風(fēng)向傳輸過(guò)程中，其中心線會(huì)上升，同時(shí)煙體向四周集中。煙氣在集中過(guò)程中其形狀有時(shí)像羽毛狀，因此被稱(chēng)為煙羽。煙羽顏色與煙氣成分及環(huán)境條件親密相關(guān)，在光線充分的條件下，煙氣中的不同成分與顏色之間的關(guān)系見(jiàn)表1。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203051945185007.jpg”alt=“微信圖片_20190903092435.jpg”width=“456”height=“294”/帶有顏色的煙羽被稱(chēng)為有色煙羽，不同的顏色顯示出煙氣中的不同成分，顏色深淺可顯示其濃度凹凸，在濃度很低時(shí)一般均呈現(xiàn)為無(wú)色。1.2石膏雨及其成因石膏雨是指采納濕式石灰石–石膏法工藝對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫的過(guò)程中，脫硫系統(tǒng)除霧器及后續(xù)凈化設(shè)備對(duì)逃逸石膏液滴的脫除效率不高，導(dǎo)致大量石膏液滴逃逸并從煙囪排出，在煙囪四周落于地面形成白色斑點(diǎn)的現(xiàn)象。石膏雨形成是脫硫系統(tǒng)的煙氣流速過(guò)高、流場(chǎng)不均及除霧器效果較差等緣由造成的。中國(guó)早期投運(yùn)的濕式石灰石–石膏法煙氣脫硫裝置由于設(shè)計(jì)閱歷不足以及過(guò)分強(qiáng)調(diào)降低造價(jià)等緣由，造成部分電廠存在石膏雨現(xiàn)象，對(duì)周邊建筑物、生產(chǎn)設(shè)備、作物、居民等產(chǎn)生了肯定的不良影響。隨著超低排放政策的推動(dòng)和對(duì)煙氣脫硫裝置相關(guān)設(shè)備的改進(jìn)，石膏雨現(xiàn)象最近5年明顯削減。1.3煙囪雨及其成因煙囪雨是指煙囪排放的濕煙氣中含有大量的大顆粒液滴，由于來(lái)不及集中和蒸發(fā)，經(jīng)重力沉降落到地面形成的降雨現(xiàn)象。產(chǎn)生煙囪雨的緣由有3種：一是由于脫硫系統(tǒng)除霧器的除霧效果較差，致使排放的濕煙氣中液滴含量高，消失煙囪雨并經(jīng)常伴隨有石膏雨現(xiàn)象，液滴粒徑一般在1000~2000μm;二是濕煙氣經(jīng)過(guò)煙道及煙囪時(shí)，由于溫度下降冷凝形成大量的液滴，液滴粒徑一般在1000~5000μm;三是濕煙氣中的氣態(tài)水在與環(huán)境溫度低、濕度大的空氣混合時(shí)，由于溫差較大，部分氣態(tài)水冷凝直接形成了較大的液滴(甚至冰晶小顆粒)，來(lái)不及再次揮發(fā)而降落地面。第1種緣由引起的煙囪雨可通過(guò)提高脫硫系統(tǒng)除霧器的除霧效果來(lái)解決。第2種緣由引起的煙囪雨可通過(guò)在煙囪內(nèi)裝設(shè)液態(tài)水收集裝置來(lái)解決。第3種緣由引起的煙囪雨主要發(fā)生在冬季極寒冷的地區(qū)，對(duì)環(huán)境影響范圍較小，假如煙囪四周500m范圍內(nèi)環(huán)境不敏感，可不進(jìn)行特地治理，否則需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱處理。1.4灰黑色煙羽及其成因黑色煙羽(或灰色煙羽)是指由于煙氣中煙塵等固體顆粒物排放濃度高，煙囪排放口四周的煙氣呈黑色或灰色的現(xiàn)象，對(duì)于干煙氣排放，在煙囪排放口就會(huì)形成黑色或灰色煙羽;對(duì)于濕煙氣排放，煙囪口的白色煙羽會(huì)掩蓋黑色或灰色煙羽，但白色煙羽消散后，黑色或灰色煙羽還會(huì)集中很長(zhǎng)的距離，即產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。顆粒物排放濃度越高，林格曼黑度越高。當(dāng)顆粒物質(zhì)量濃度小于50mg/m3時(shí)，干煙氣排放煙羽為無(wú)色，濕煙氣排放為白色煙羽，且白色煙羽消散后看不見(jiàn)顆粒物的拖尾現(xiàn)象。超低排放要求煙氣中顆粒物質(zhì)量濃度小于10mg/m3，因此，超低排放燃煤電廠不會(huì)再消失黑色或灰色煙羽。1.5黃色煙羽及其成因黃色煙羽是指煙氣中NO2濃度較高，煙囪排放的煙氣呈黃色的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在實(shí)現(xiàn)超低排放的燃煤電廠一般不會(huì)消失，主要發(fā)生在燃?xì)怆姀S啟動(dòng)負(fù)荷階段、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐、化工廠等。燃煤電廠排放的NOx主要是NO，NO2的濃度很低。1.6白色煙羽及其成因白色煙羽是指煙氣通過(guò)濕法脫硫裝置或濕式電除塵器處理后排放的濕煙氣，通過(guò)煙囪排入大氣，由于溫度下降煙氣中的水蒸氣凝聚產(chǎn)生的白色水霧，由大量1μm左右的細(xì)小水滴組成，在陽(yáng)光反射下一般呈白色，但也會(huì)因天空背景色和光照、觀看角度等緣由呈現(xiàn)灰色，且自然集中后會(huì)很快消逝，不會(huì)產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。滿意超低排放要求的燃煤電廠普遍存在這種現(xiàn)象，又稱(chēng)“濕煙羽”，俗稱(chēng)“大白煙”或“冒白煙”，是當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)，也是本文討論的重點(diǎn)。1.7藍(lán)色煙羽及其成因藍(lán)色煙羽是指由于煙氣中硫酸霧(即SO3氣溶膠或硫酸氣溶膠)排放濃度較高，煙囪排放的煙氣呈藍(lán)色的現(xiàn)象。燃煤電廠煙氣排放過(guò)程中，煙氣中的SO3基本上全部以硫酸霧形式存在。依據(jù)美國(guó)的閱歷，當(dāng)煙氣中的硫酸氣溶膠體積濃度在5×10–6~10×10–6(10×10–6相當(dāng)于質(zhì)量濃度為36mg/m3的SO3)時(shí)就可能消失藍(lán)色煙羽，超低排放中部分治理設(shè)施對(duì)煙氣中的SO3有較好的協(xié)同脫除作用，但仍有少數(shù)超低排放的電廠會(huì)消失藍(lán)色煙羽。SO3主要來(lái)源于鍋爐燃燒、煙氣脫硝催化劑氧化以及電除塵器放電氧化等過(guò)程。因此，該現(xiàn)象主要消失在燃用高硫煤電廠的煙囪四周。SO3對(duì)后續(xù)設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕作用，也是大氣霧霾中的細(xì)顆粒物的成分之一，需要進(jìn)行相應(yīng)的掌握。由此可見(jiàn)，不同有色煙羽成分及其成因有較大差異，滿意超低排放要求的燃煤電廠可能消失的有色煙羽僅有SO3含量較高的煙氣生成的藍(lán)色煙羽或煙氣中氣態(tài)水冷凝形成的白色煙羽。因此，下面僅論述藍(lán)色煙羽和白色煙羽的危害及治理。2藍(lán)色煙羽的危害及治理的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益2.1藍(lán)色煙羽的危害及治理要求煙氣中的SO3主要以亞微米粒徑的硫酸氣溶膠形式存在，粒徑越小，對(duì)于短波的散射越強(qiáng)，從而使煙羽呈現(xiàn)藍(lán)色。硫酸氣溶膠本身就屬于細(xì)顆粒物，排入大氣后還會(huì)和大氣中的氨氣(NH3)等反應(yīng)生成鹽。目前，中國(guó)SO3排放尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，僅部分省(區(qū)、市)如北京等地方標(biāo)準(zhǔn)提出SO3(或硫酸霧)須掌握在5mg/m3以下。在美國(guó)對(duì)于SO3排放也沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但已有22個(gè)州對(duì)燃煤電廠SO3提出了排放限值要求，其中有9個(gè)州的排放限值低于5mg/m3，12個(gè)州介于5~10mg/m3。2.2藍(lán)色煙羽治理技術(shù)對(duì)煙氣中SO3的掌握主要有3條途徑。一是掌握燃煤含硫量和SCR煙氣脫硝過(guò)程中SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率。二是利用煙氣治理中的低低溫電除塵器(LL-ESP)、濕式電除塵器(WESP)、濕法煙氣脫硫工藝(WFGD)、相變分散器等對(duì)煙氣中的硫酸霧進(jìn)行協(xié)同脫除，部分電廠的脫除效果見(jiàn)表2，SO3的排放質(zhì)量濃度全部小于5mg/m3。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203051945187929.jpg”alt=“微信圖片_20190903092900.jpg”width=“956”height=“308”/另?yè)?jù)對(duì)上海6個(gè)電廠的測(cè)試，在燃煤中硫含量為0.35%~0.95%時(shí)，超低排放改造前SO3排放質(zhì)量濃度為4.58~31.30mg/m3，平均值為13.40mg/m3;超低排放改造后SO3排放質(zhì)量濃度降低至0.80~3.68mg/m3，平均值為2.29mg/m3，減排率為53.6%~95.1%。低低溫電除塵器對(duì)SO3的脫除效率一般在60%~80%以上，濕法煙氣脫硫工藝對(duì)SO3的脫除效率在30%~80%