垃圾焚烧发电厂烟气“白烟”及湿法系统废水量计算模型

朱勇

摘要：对垃圾焚烧厂烟囱产生“白烟”现象进行了分析。并阐述了“白烟”模型的原理，通过垃圾发电厂工艺过程及当地气象资料实例计算来判断了是否产生“白烟”现象。并针对烟气湿法工艺时，脱“白烟”的减湿运行和废水产生量相关问题进行了研究计算。

关键词：垃圾发电;白烟;湿法工艺;计算模型

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）16-0156-02

1烟囱冒“白烟”的原理

烟囱冒“白烟”是指烟气中的水蒸汽饱和凝结，在烟囱上部形成的细小水颗粒。烟气在排出烟囱之后与周围的空气混合，同时烟气温度降低，随着与更多空气接触混合，烟气温度持续降低，烟气中的水蒸汽也逐渐被稀释。在烟气与空气的混合过程中，一方面，烟气与温度相对较低的空气混合造成的降温可能会导致“白烟”的产生;另一方面，与空气混合的过程中烟气中的水蒸汽得到扩散稀释，能抑制“白烟”的出现，“白烟”是否产生取决于这两种因素的作用大小。图1为常用的判断“白烟”是否生成的模型。

根据“白烟”判断模型可知，煙气排出烟囱时的温度和湿度在图中对应的点为“A”点，大气的温度和湿度对应的点为“D”点，烟气排人大气时的混合稀释过程即为A点向D点迁移的过程，AD线通常被称作烟气一空气混合线。

当AD线与湿空气饱和曲线相交时则会出现冒“白烟”的现象，即烟气与大气的混合过程延ABECD运动，其中BC段的长度可以间接表达“白烟”烟羽的长度。

从模型可知，在大气环境温湿度不变的情况下，为防止“白烟”的形成，可以通过改变烟气排放点（A）在图中的位置来现实，如烟气排放温度不变的情况下，通过减湿来降低烟气中的含湿量，那么烟气排放点则位于A1点，即改变烟气混合线的斜率，而A1点向D点迁移的混合线未与饱和曲线相交，从而避免“白烟”现象。同理，在烟气湿度不改变的情况下，通过提升温气温度，使A点水平向右移，也可以避免烟气混合线与饱和曲线相交，现实避免“白烟”现象。

2排放烟气的温度与湿度的计算

以深圳某项目烟气采用半式法+湿法工艺为例，烟气排放的设计温度约为150°C，烟气中含湿量在其它工艺条件不变的情况下，主要受湿法工艺运行方式的影响，如按照减湿塔的减湿量刚好用于洗涤液补充水的运行模式，即减湿塔的减湿水量完全用于洗涤塔补充水，以保持洗涤塔的液位平衡，那么烟气的排放湿度按照以下方法进行计算。

烟气排放湿度=省煤器出口原始湿度+半干法增加湿度一脱硫塔脱除湿度+SCR增加湿度，各环节烟气湿度进行计算如下（单位：kg/m³.干）。

（1）水平烟道出口烟气含湿量：根据计算锅炉省煤器出口烟气含水率（容积比）为19.3%，温度为：200℃，通过换算含湿量为：0.089kg/m³。

（2）半干式反应塔增加的烟气含湿量：半干法脱酸加入水量为8t/h，折算为烟气湿度为：0.04285kg/m³。

（3）湿法脱硫减去的烟气含湿量：湿法脱硫系统减排水量1.99t/h，减去30%NaOH溶液为0.12t/h，实际从烟气中脱除水分为：1.87t/h，换算成含湿量为：0.01kg/m³。

（4）SCR增加的烟气含湿量：SCR系统氨水浓度为25%，估算加药量为400kg/h，换算成含湿量为：0.00214kg/m³。

（5）烟气含湿总量：即该项目烟气排放温度为：150℃，排放湿度为：0.089+0.04285+0.00214-0.01=124g/m³，按烟气量换算后含水率为（容积比）：24%。

3环境大气温度、湿度的确定

根据深圳市气象局多年的统计纪录，1981～2010年30年间秋冬季平均相对湿度为70%，夏季平均湿度为85%;冬季平均温度为10℃，夏季平均温度为28℃。为确保计算结果的代表性，在后面的计算中将采用冬季与夏季的平均温度、湿度进行计算。根据空气“焓湿图”可以查出对应温度、湿度时空气中的绝对含湿量如表1。

4项目白烟判断模型

通过已计算出的深圳大气条件与该项目烟气排放温度与湿度，按照夏季与冬季天气情况分别进行“白烟”产生可能分析，建立该项目的“白烟”判断模型，见图2。

根据图2可知，按照该项目的烟气排放温度与湿度，结合深圳夏季与冬季的平均温湿度进行判断，夏季的AB烟气混合线和冬季的AC烟气混合线，均未与大气饱和曲线相交，因此判断该项目烟气排放不会产生“白烟”现象。由于上述判断模型是在大气平均温、湿度的条件下，因此不排除在冬季的个别极端天气条件下偶尔会产生“白烟”的可能。

5烟气湿法运行方式及废水量计算

烟气湿法工艺中减湿部的运行方式主要根据是否需要脱“白烟”来进行，一般在夏季时采用减湿部的减湿水完全用于洗涤部补充水的方式，以避免减湿废水排放，而冬季时根据脱“白烟”所需的减湿要求，加大烟气减湿部的减湿量，但此时需排放多余的减湿废水。

减湿废水的产生量主要根据脱“白烟”需要从烟气中脱除的含湿量而定。根据上述“白烟”模型结论，湿法工艺按照减湿部减湿水仅满足洗涤部补充水的运行方式且在冬季条件下，烟气排放不会产生“白烟”现象，从而不需要通过湿法工艺的减湿部进行深度减湿，即该项目的湿法工艺中不会产生多余减湿废水。

在极端天气如该项目需要进行脱“白烟”处理的情况下，根据模型图计算，如果环境温度在6～7℃时，为防止“白烟”需要将排烟湿度降至112g/m³，含水量约21.7%，即减湿塔需要额外脱除2.24t/h水量;如果环境温度在4～5℃时，为防止“白烟”需要将排烟湿度降至95g/m³，含水量约18.4%，减湿塔需要额外脱除5t/h水量。

由于上述极端天气在深圳出现情况极少，据统计全年气温低于10℃一般不会超过10d，在全年绝大部分时间均无“白烟”的前提下，该项目的脱硫塔运行方式可不考虑防“白烟”方式运行，即减湿部仅脱除烟气中少量水分以满足洗涤液补充水平衡即可，从而无减湿废水排放和无需设计减湿废水处理工艺系统。

6结语

在垃圾焚烧发电项目烟气排放指标日趋严格和脱“白烟”趋势下，越来越多的项目采用烟气湿法工艺，通过本文模型及计算方法可以判断项目是否产生“白烟”现象及脱“白烟”时烟气湿法工艺运行方式。但由于减湿废水含盐量极高，废水处理成本偏高，同时为脱“白烟”还可以通过提高烟气排放温度方式来实现，因此应结合减湿废水处理成本和烟气加热成本进行综合分析，以找到最佳联合运行方式。