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干熄焦环境除尘烟囱或常用放散冒蓝烟的原因剖析

日期:2017-12-07    来源:煤化工999资讯

国际节能环保网

2017
12/07
11:02
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关键词: SO3 环境除尘 环保行业

  众所周知,火电厂循环流化床锅炉的主要燃料是煤,干熄焦锅炉热能的主要来源是焦炭。焦炭也是以主焦煤和其他配煤为原料,去除焦炭本身的一些杂质,降低煤炭的挥发份,并使原有煤炭粘合结焦,形成焦炭的。因此焦炭和煤的某些结构和有机化合物的组成是基本相同的。根据元素分析值,煤的主要可燃原素是碳,其次是氢,并含有少量的氧、氮、硫,它们与碳和氢一起构成可燃化合物,称为煤的可燃质。循环流化床锅炉和干熄焦在生产过程中产生的可燃性气体成分与不可燃气体成分基本是相同的,其中可燃性气体成分有CO、H2、CH4和其他碳氢化合物以及H2S,不可燃的气体成分有CO2、N2和少量的O2。详细资料可以查看韩昭沧主编的《燃料及燃烧》。这些气体成分组成中主要以H2S在燃烧时火焰呈蓝色,这是早期本人对环境除尘烟囱或常用放散冒蓝烟的一个基本认识,结合锅炉爆管系统水汽比较大时常用放散冒蓝烟比较严重这一现象,蓝烟中含硫和氢两种元素应该是比较肯定的,这在干熄焦中行业内也是一种共识,但干熄焦行业并未对这一现象展开深入研究,更多的是一种猜测。而在电厂,针对这种情况,电厂相关方面进行了 较为深入的研究分析,并提出了消除“蓝烟”烟羽现象的可选的技术措施。分析研究后认为:SO3的排放是可见烟羽和浊度形成的主要因素。因此必须将其排放量降低到不会引起可见烟 羽和浊度问题。
 
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  一、“蓝烟”可见烟羽
  
  1、可见烟羽形成的原因
  
  烟囱排烟出现可见烟羽的主要原因是:
  
  (1)SO3的浓度增加,并以 H2SO4气溶胶的形式通过烟囱排放到大气中去。
  
  (3)排出烟气中亚微米颗粒粉尘的存在,使得H2SO4以亚微米颗粒粉尘作为凝结中心, 加强了凝结过程;
  
  (4) 硫酸气溶胶的粒径非常小, 对光线产生散射; 由于颗粒的尺寸和可见光的波长接近,因此属于瑞利散射,瑞利散射的特点是: 散射光的强度与波长的四次方成反比, 因此短波的蓝色光线散射要比长波的红色 光线强许多,最终使得烟囱在阳光照射的反射侧,排烟的烟羽呈现蓝色,而在烟 羽的另一侧(透射侧)呈现黄褐色。
 
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  2、影响烟羽的因素
  
  影响烟羽颜色和不透明度(浊度)的主要因素是:
  
  (1)气溶胶颗粒粒径的大小和浓度;
  
  (2)太阳光的照射角度;
  
  (3)烟囱的排烟温度;
  
  (4)大气环境条件。
  
  在燃煤电厂建设了满足环保要求的高效除尘器、 SCR脱硝装置后和烟气脱硫装置后,除了由于烟羽中水蒸气凝结所造成的白色烟羽之外,SO3的排放成为影响烟羽颜色和不透明度最主要的因素。在大多数情况下, 当烟气中硫酸气溶胶的 浓度超过10-20ppm时,会出现可见的蓝烟烟羽,且硫酸气溶胶的浓度越高,烟 羽的颜色越浓、烟羽的长度也越长,严重时甚至可以落地。因此,要有效控制或 解决蓝烟/黄烟现象,燃煤电厂应有效控制烟气SO3 的排放,将其排放量降低到不会引起烟羽可见和浊度问题。
  
  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。 当硫酸和水蒸气浓度增加时,露点温度就升 高。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,蓝烟在一段距离之后会 逐渐消失。从上面几个关键词,比如露点温度、水蒸气,这就为前文中提到的锅炉爆管系统水汽比较大时常用放散冒蓝烟这一现象做出了一个比较合理的解释。
  
  即便在烟囱的工况能够使烟囱出口处仍有足够高的温度 ,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。
  
  4、烟羽的潜在影响
  
  4.1 对环境的影响
  
  目前干熄焦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。 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。
  
  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,如副省煤器器以及省煤器,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,如堵塞副省煤器,导 致省煤器器结垢影响换热,增加阻力,加重除尘器和风机的负荷等。
  
  5、SO3 生成的途径
  
  (1)干熄焦炉膛燃烧产生SO3:焦炭在干熄炉炉炉膛的燃烧过程中,几乎所有的可 燃性硫都被氧化成为气态SO2 和SO3 ,其中绝大部分是SO2 ,仅有1~5% 的SO2 会进一步氧化成SO3 。
  
  (2)锅炉省煤器温度范围内产生SO3:在锅炉省煤器600-420℃的温度范围 内,部分SO2在烟尘和管壁中氧化铁的催化作用下生成SO3等, SO3 生成的多少取决于SO2 的浓度、烟尘成分和流量、对流段的表面积、烟气和管道表面的温度分布以及过剩空气量等。
  
  5、SO3的减排对策 :
  
  5.1提高配煤质量,减少煤中的含硫量。
  
  5.2控制副省以及锅炉出口温度在标准范围以内,减少副省冷凝水的形成。
  
  5.3炉内喷碱性物质
  
  在炉膛中喷入碱性物质已被证明是有效的减排SO3的措施。 如炉内喷钙技术, 既可脱除部分SO2、防止SCR的砷中毒,又对SO3的控制也十分有效,SO3脱除率 最高可达50%。此外,有研究表明,炉内喷射某些碱性吸收剂,如钙基和镁基的 浆液,可将炉膛内SO3的转换率降低40-80%。
  
  5.4 除尘器前喷氨
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