烟气脱白是美容 不是治病

根据“大气十条”终期评估报告，燃煤电厂超低排放改造对长三角、珠三角、京津冀等重点区域细颗粒物(PM2.5)年均浓度下降的贡献分别达到24%、23%和10%，为全国大气环境改善作出了巨大贡献。但也有少数人认为，燃煤电厂的湿烟气排放加剧了雾霾的发生，力推干法脱硫或者对烟气进行加热，消除白色烟羽排放，并影响少数地方政府出台了相关文件。系统分析湿烟羽的成分及其消白的技术与环境效益，是科学决策湿烟羽治理的关键。

01烟气成分及颜色

燃煤烟气从烟囱排入大气后，在向下风向传输过程中，其中心线会上升，同时烟体向四周扩散。由于烟气在扩散过程中其外形有时像羽毛状，因此常称其为烟羽。烟羽的颜色与烟气成分密切相关。

1996年以前，我国燃煤电厂主要控制烟雾排放，当时每立方米烟雾排放浓度超过50mg，烟雾羽毛多为黑色或灰色，烟囱经常出现黑烟现象，我们称之为黑烟羽毛或灰烟羽毛，是由烟雾中的烟雾引起的。

2003年，我国燃煤电厂烟尘排放标准严格达到每立方米50mg，同时促进燃煤电厂烟气脱硫。烟尘浓度小于每立方米50mg的干烟从烟囱排入大气，人眼基本看不到烟羽，称为无色烟羽。因此，由于大气环境容量大，世界上许多国家的燃煤烟气排放限值规定为每立方米50mg。由于石灰石-石膏湿法脱硫能稳定实现二氧化硫的高效脱硫，经济性好，在世界范围内得到广泛应用，在我国电力行业的应用容量占92%以上。如果湿法脱硫后的烟气不加热，烟气中的气态水排入大气环境后，由于温度降低，气态水会凝结形成直径约1微米的小水滴，在烟囱出口附近形成白烟，我们称之为白烟羽。但是，由于空气湿度不饱和，这些小水滴很快就会蒸发。

2011年，中国发布了历史上最严格的火电厂空气污染物排放标准，2014年，推出燃煤电厂超低排放政策，燃煤电厂烟气颗粒、二氧化硫、氮氧化物排放限值低于世界最低标准限值，接近燃气电厂污染物排放水平，称为超低排放。由于氮氧化物的超低排放，大量燃煤电厂必须安装选择性催化还原方法，将烟气中的氮氧化物还原为氮，少量二氧化硫氧化为三氧化硫。由于烟气中含有更多的水蒸气，烟气中的三氧化硫以硫酸气溶胶的形式存在，当浓度较高时呈蓝色。因此，会发现少数电厂实现超低排放，白色烟羽消散，蓝色烟羽出现。

简而言之，燃煤电厂排放烟气的主要成分是氮、水、氧、二氧化碳、一氧化碳等无色气体。当烟气中排放的颗粒浓度大于每立方米50毫克时，烟气为灰色或黑色；小于每立方米50毫克时，基本看不见，小于每立方米30毫克。

02烟气中的水分和消白技术

烟气中的水分包括气态水和液态水。气态水的质量占99.95%以上，液态水的质量占0.05%以下。液态水是由烟气带引起的，包括三个来源，统称液滴，以镁离子浓度转化为脱硫浆浓度，称为雾滴。

首先，带脱硫浆的颗粒直径主要在1000~2000微米之间。其成分与脱硫浆相同。如果带体积过大，烟囱附近会形成石膏雨。由于超低排放电厂，过滤颗粒的排放浓度应小于每立方米10mg。如果浓度太低，就不可能有石膏雨。

二是带式除雾器冲洗水，这部分液态水的粒径也在1000~2000微米之间，其成分与冲洗水相同，基本不含固体悬浮物，溶解盐浓度与冲洗水中的溶解盐浓度相同。第三部分是由于烟气温度下降，由于烟气或烟囱壁效应，冷凝水滴之间的碰撞，部分冷凝水粒径在1000~5000微米之间，烟气中的酸性气体部分溶解在冷凝水中，使冷凝水成分类似于酸雨，pH为酸性。烟气带式除雾器冲洗水和冷凝水是形成烟囱雨的主要原因。通过提高除雾器的除雾效果，并在烟囱内壁安装烟气中的液态水收集装置，可避免烟囱雨。

占烟气水量99.95%以上的气态水，其中煤气水分60%~70%，湿法脱硫水分蒸发30%~40%，不含任何污染物。然而，在排放大气后，由于温度下降，一些气态水会凝结成粒径约1微米的小水滴，漂浮在空气中。因为粒径很小，不会降落在地上，这就是我们所说的白烟羽毛或白烟。因为大气不饱和，小水滴很快就会蒸发，什么也看不见。

所有烟气消白技术都离不开烟气加热环节，即通过加热大大提高烟气温度，使烟气中的气态水处于高度不饱和状态，使烟气排入大气后，即使温度下降，气态水也不会凝结形成小液滴，从而消除白色烟羽。可以看出，加热和消白的方法并不能减少污染物的排放。相反，加热烟气需要大量的能量。烟气加热和阻力的增加通常会增加每千瓦时1~3克的供电和煤炭消耗。即使在超低排放条件下，相应排放的总PM2.5浓度也会增加每立方米0.6~1.8毫克。可以看出，烟气消白是一种美。它不仅不会减少污染物排放，而且会增加煤炭消耗和污染物排放。

03控制雾霾需要对症下药

烟气从烟囱排入大气，依靠动力和热量。烟气升高越高，扩散范围越大，污染物对地面浓度的影响越小。由于烟气消白需要加热，消白后干烟气的升高高度高于湿烟气。扩散后，污染物对地面浓度的影响较小，污染物地面浓度可翻倍。但由于实现了超低排放，即使是湿烟气排放，颗粒物对地面日均浓度的最大贡献仅占标准限值的1%左右。因此，烟气是否消白对当地环境空气中的颗粒物浓度影响不大。

烟气中三种液态水占总水量的比例不足0.05%，其中烟气带脱硫浆溶解盐分较多。根据测量和计算，满足超低排放要求的电厂采用石灰石-石膏湿法脱硫，烟气中溶解盐浓度一般不超过每立方米1mg。烟气加热消白，不减少这些溶解盐的排放，只是让它们提前蒸发并结晶成颗粒。

由于雾霾的发生，主要是在冬季和湿度较高的时候，所以有些人认为电厂排放的湿烟是造成雾霾的主要原因。事实上，烟囱排放的总水与大气中的总水相比微不足道，电厂烟囱排水不能改变大气的湿度。需要指出的是，加热和美白并没有减少烟气中的水排放，即加热和美白并没有改变燃煤电厂烟囱的总排水量。

从雾霾控制的角度来看，实现超低排放的电厂、颗粒物、二氧化硫和氮氧化物的减排没有潜力。少数白烟羽后有蓝烟的超低排放电厂，其三氧化硫的处理将有效提高大气中PM2.5的浓度，需要注意。除了大大提高低温电除尘器、湿式脱硫和湿式电除尘器的协同去除效果外，还可采用喷碱或烟气冷却的方法。