关于垃圾焚烧发电厂烟囱冒烟现象的研究刘超

关于垃圾焚烧发电厂烟囱冒烟现象的研究刘超

刘超敖军

深圳市能源环保有限公司

垃圾焚烧发电厂烟囱排放出来的是经过净化后达到国家相关标准的烟气，主要成分是氮气、氧气、二氧化碳等，与自然界空气的组成物质基本相同，但是因为垃圾成分存在差异，尾气中各类组分的含量也会有所不同。有色烟羽的排放破坏了景观，影响了视觉感受，也给厂内人员带来了一定的心理压力，正常运行过程中，从烟囱排出的烟气一般是无色无味的，所以我们一般看不到烟囱“冒烟”，现将垃圾焚烧厂烟囱冒烟的原因汇总如下。

1：氨逃逸形成“白烟”

垃圾焚烧厂一般采用SNCR系统进行脱硝，SNCR技术是在不采用催化剂的情况下，向炉膛800～1000℃的温度区域均匀喷入氨水或者尿素溶液，其脱硝效率一般在50%左右。SNCR系统的一个比较大的缺陷是存在较大的氨逃逸，即没有和NOx反应的氨逃逸到空气中。逃逸的氨与烟气中的氯化氢合成氯化铵，不但会堵塞和腐蚀烟道，还会导致烟囱排放白烟，严重影响垃圾发电厂的环境友好性和公众认可度。

烟气中HCL来源于含氯的塑料，HCL在低于温度120℃的区域，易于NH3发生化合反应，形成白色氯化铵废物，其反应机理如下：

NH3+HCL→NH4CL（S）

含一定浓度的HCL和NH3的烟气排出烟囱后，因大气的冷却作用，烟温迅速降至反应温度，造成烟囱出口冒白烟的现象。该白烟现象不属于焚烧厂违章排放范畴，是垃圾焚烧厂脱硝减排的附属产物，也当前脱硝工艺的技术难题，目前国内外尚未有有效的解决办法，并且氮氧化物排放浓度控制得越低，氨水/尿素过量投入的可能性就越大，产生此白烟的概率也就越大。

若判断为氨水/尿素溶液喷入过量导致烟囱“冒白烟”，应在保证NOx排放合格的前提下，适当降低氨水/尿素溶液流量。

2：水蒸气形成的“白雾”

因为原始垃圾里面含水量较高，且垃圾焚烧后的尾气处理工艺中的半干式反应塔会喷量石灰浆溶液和冷却水，一部分水会蒸发形成水蒸汽随着烟气最终从烟囱排出，所以烟气里面有远高于自然界空气中比例的水蒸气，垃圾焚烧厂烟气含水率一般在20%左右，在烟囱出口高度和大气温度合适时，这一部分水蒸气是看不见的，但在夜晚和清晨环境温度较低时（冬季尤为明显），一部分水蒸汽与大气接触遇冷凝结成无数个小雾滴，当废气从烟囱排除后，若其扩散速度小于废气中水蒸汽的冷凝速度时，形成“白雾”，表观上看上去为“白烟”。

我国南方地区全年整体气温较高，且昼夜温差不会急剧变化，所以该类现象并不常见。但备份地区垃圾焚烧厂此种现象十分明显。部分圾焚烧发电厂在尾气处理环节末端加入了“烟气脱白”设备，烟气脱白工艺主要由湿式除白烟塔（洗涤塔）、烟烟换热器（GGH）、烟道、阀门及引风机系统、废水处理系统、电气、自控系统等组成。其典型的工艺流程如下：

烟气净化系统出口烟气首先通过新增的烟烟换热器（GGH）将烟温由150℃降至103℃，降温后的烟气通过洗涤塔循环喷淋使烟气中的部分水分凝结出来（烟温由103℃降至48℃），经洗涤塔处理后的烟气再通过GGH换热。烟气由48℃加热至110℃。加热后的烟气再经出风口及烟囱最后排入大气。加热后的烟气为不饱和汽，随着烟气在大气中的迅速扩散、降温，烟囱出口不会形成白雾，从而达到了消除白烟的效果。整个装置清洁状态和正常运营状态下的压降应控制在1500Pa以内。烟气脱白过程产生的废水经处理后作为循环冷却水回用于焚烧厂，实现“全回用，零排放”。

3：锅炉欠氧燃烧，导致烟囱“冒灰烟”

为讨论锅炉“欠氧燃烧”导致烟囱冒烟的情况，我们先来简单了解一下锅炉的结焦。

锅炉运行氧量即炉内的氧化或还原性气氛，它对锅炉的结焦有非常大的影响，如果锅炉运行氧量偏低，炉内还原性气氛较强，烟气中灰的熔点就会下降，锅炉就更容易结焦。

由于垃圾发电厂入炉燃料成分的多样性和不稳定性，垃圾燃烧后产生的飞灰熔点也存在较大的差异，根据抽样送检结果，垃圾焚烧厂飞灰熔点大多在950℃左右，当受热面温度偏离950℃较多时，锅炉经过长时间的运行，飞灰在烟道集结形成焦块。此外，由于炉膛内的烟气处于剧烈的运动中，由于垃圾成分在不断变化，导致不同部位的灰熔点可能不同，这也促进了结焦的加剧。

锅炉受热面上的积灰有粘结性和疏松性积灰两种，粘结性积灰是由于烟气中的硫酸蒸汽凝结在受热面管壁上而贴住灰粒并与灰粒作用而形成水泥状的堵灰，当锅炉的燃烧不正常时烟气中的烟气带有大量的碳粒子，这些碳粒子可以吸附烟气中的二氧化硫、三氧化二硫各水蒸气二氧化硫和水蒸气有化合成亚硫酸（H2SO3）亚硫酸是很强的还原剂会再次氧化生成硫酸（H2SO4），碳粒吸附的三氧化硫和水蒸气也会化合成硫酸，含有硫酸的碳粒子有很强的粘性，它沉积在受热面上不仅很牢固，而且由于硫酸有很强的腐蚀性它与受热面作用生成硫酸亚铁（FeSO4）更增加了这种灰的牢固性。

当锅炉结焦后，受热面的换热效果变差，同时随着焦块的不断变大，烟道的通流面积减小，若仍需维持锅炉的额定负荷，在相同的总风量下，引风机的负荷将增大，为维持锅炉负压和降低引风机运行压力，势必将适当降低风量，此时锅炉处于“欠氧燃烧状态”。在氧量不足的情况下，容易产生燃烧不完全，产生大量的CO，使灰熔点降低，导致结焦加剧。

随着生活水平的提高，垃圾焚烧厂入厂垃圾的热值也不断提高，入炉垃圾的热值高于设计值较多时，炉膛温度及出口烟温也将随之升高，这也会使结焦扩散至后端的受热面。

焚烧厂锅炉若出现结焦情况，将存在以下的恶性循环：

锅炉出现欠氧燃烧后，垃圾中没有充分燃烧的碳、有机物等都会产生碳粒，部分碳粒不能在除尘器内有效分离，直接从烟囱排出，形成“黑烟”，但是由于该部分“黑烟”占总烟气量的比重并不高，所以从烟囱看上去烟气颜色为白色偏灰。

若判断为锅炉结焦导致烟囱排烟异常，应当适当降低锅炉负荷，控制合理的过量空气系数，保证空气和燃料的良好混合，若通过压负荷仍效果不佳，则应停炉打焦。

4：锅炉启动阶段冒“黑烟”

锅炉启动阶段，由于炉膛处于冷态，导致柴油燃烧不完全，且柴油本身是从点火器内喷出，若雾化效果不好，柴油也不易充分燃烧，柴油中没有充分燃烧的碳、有机物等都会产生碳粒，部分碳粒不能在除尘器内有效分离，直接从烟囱排出，形成“黑烟”。另外，由于停炉时夹杂在烟气中的烟尘因烟气留底能量变小，部分烟尘会聚集在烟道内，当锅炉重新启动时，强大的气流将再次把他们带走，加之锅炉刚刚启动，布袋除尘器该没进入最佳运行状态，所以偶尔也会出现“黑烟”现象。

锅炉启动投油阶段应排查一下几种情况：

（1）燃油雾化是否良好，油嘴是否结焦；

（2）总风量是否充足；

（3）配风是否合适，缺少根部风或风与油雾的混合不良，造成局部缺氧将会产生高温裂解；

（4）烟道是否发生二次燃烧；

（5）启动初期炉温、风温过低，严格执行烘炉曲线的前提下，尽快提高炉温、风温。

5：布袋存在漏点，烟囱冒“白烟”

布袋除尘器出风口的“冒烟尘”情况有两种，一种是连续“冒烟尘”，即由于除尘滤袋破损严重，滤袋绑扎不牢脱落，或者布袋除尘器上下吊口不严密，上吊口与花板、花板与花板之间的连接不严密而造成的漏尘。另一种是瞬间“冒烟尘”，此种情况是除尘滤袋虽破损，但不甚严重，在布袋除尘器喷吹时出现瞬间“冒烟尘”。

一般情况下，布袋除尘器在使用中突然出现冒烟尘的现象，我们要立即降低相应焚烧炉负荷，并逐个仓室隔离进行查漏。冒烟尘的主要原因之一就是破袋引起的。除尘滤袋是逐渐磨损的，引起磨损的主要原因是粉尘的磨削力，高温引起的布袋变质和化学物质的腐蚀，当粉尘的磨削力很强时，除尘布袋底部磨损最严重，系统容量的增加引起过滤速度增高也能加速磨损。袋笼结构的破损导致滤袋被扎破也是滤袋破损的较为常见原因之一。

另外，新装的洁净滤袋孔隙较大，刚开始使用时粉尘通过率较高，尚未达到最佳的过滤状态，粉尘排放量较大。随着过滤的进行，粉尘在滤袋的外表面堆积形成粉尘层，使滤袋外表面的孔隙变小，除尘效率提高，“尘滤尘”的作用可去除微细粉尘99%以上。因此测定脉冲袋式除尘器的除尘效率在连续使用1个月后进行更为准确。

还有一种情况，部分垃圾焚烧厂布袋仍设置旁路门，旁路门及密封装置经过长时间放置容易出现腐蚀的情况，这样会导致部分含尘烟气不经过滤袋直接就从布袋旁路排出烟囱，造成烟囱冒烟现象。所以在排除布袋其它泄漏的可能性之外，应检查旁路通道管路阀门和密封垫等是否存在损坏。

6：安装了SCR系统之后，SO3的增加导致烟囱冒“黄烟”

随着环保排放标准的提高，部分焚烧厂均计划增加SCR脱硝系统，由于SCR系统需要使用催化剂，大量论文提到：脱硝的催化剂将会将部分SO2催化氧化成SO3，因此烟气中的SO3浓度会有所增加。烟气中的SO3与烟气中的水分反应会生成气溶胶状态的硫酸液滴，硫酸液滴附着在烟尘上，当含有硫酸液滴的超细微粒被排入到大气中之后，会对阳光进行散射，使得烟羽在阳光下呈现黄褐色或蓝色。

7：浅蓝色的“光化学烟雾”

虽然前端已经通过SNCR系统对烟气进行脱硝处理，但由于SNCR系统的脱硝效率仅在50%左右，最终从烟囱排出的烟气难免含有一定量的NOx。烟气中的NOx从烟囱排出时，在强烈的紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量，这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应，其产物就是“光化学烟雾”，呈浅蓝色。

综上所述，并不是每一种“冒烟”情况都是不合规的，我们应该根据实际情况判断烟囱“冒烟”具体是何种原因，然后采取相应措施积极应对。

参考文献

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