燃煤电站白雾治理技术综述

摘要：为满足降低含硫污染物排放的要求，湿式烟气脱硫（FGD）是最广泛的选择，然而湿式烟气脱硫后烟气含水量大，从而在烟囱上形成“白雾”现象，会导致烟气抬升高度降低，污染物扩散效果差的问题，本文针对现有的白雾清除技术的发展进行了梳理与总结，并对国内外重要的专利申请进行了有针对性的重点深入分析，为我国该领域的专利申请以及研发决策提供数据支持。

关键词：燃煤电站;白雾;综合治理

1前言

目前全国90% 以上的燃煤机组都安装有烟气脱硫装置，其中湿法烟气脱硫装置占95% 以上，湿式烟气脱硫一般采用喷淋洗涤工艺，在去除二氧化硫的同时，大量液态水被气化进入烟气中，温度降低到水露点温度接近。在烟气降温过程中，烟气中所含水蒸气过饱和凝结，汽态水凝结后会析出更多的液态饱和水，凝结水滴对光线产生折射、散射，从而使烟羽呈现出白色或者灰色，称其为“白雾”。

烟囱排出的湿烟气中的成分主要包括粉尘、石膏、石灰石固体颗粒和液态水及冷凝水等物质，形成的白雾中包含直径较大的固体颗粒物，一旦在烟囱周围飘落下来，就形成“石膏雨”，危害当地环境;另一方面，由于排烟携带液态水，降低了排放烟气的抬升高度，也就提高了SO2/NOx污染物的落地浓度，不利于污染物的扩散[1];此外，白雾在某些特定条件下，烟羽遮挡阳光，也有白雾飘沉至周边路面结冰易引发交通事故的可能性，因此白雾问题一直是燃煤电站亟待解决的问题。

2白雾治理技术

（一）能量转换法

目前在役的白雾清除技术主要以能量转换法为主，能量转换法一般采用烟温控制技术，其出现的最早目的在于提高排烟温度，防止低于酸露点温度而引发烟道腐蚀现象[2]。根据基本原理成因可分为三大类：烟气再热技术、烟气冷凝技术、烟气冷凝再热复合技术。

烟气再热技术主要利用热源加热脱硫出口的饱和湿烟气，使得烟气相对远离饱和湿度曲线，其技术分支有两条，以美国COMBUSTION ENGINEERING公司的热二次风混合加热、燃气直接加热、热空气混合加热等为代表的直接换热专利技术，以及以日本三菱公司的GGH（gas gas heater）、MGGH（Mitsubishi recirculated nonleak type gas-gas heater）的间接换热专利技术。我国在本世纪初的第一个十年内，由上海锅炉厂通过国外合作引进相关技术，已成功在相关电厂进行了推广应用，目前国内对烟气再热这一块的专利主要集中在结构、换热器布置上的改进，但总体而言，烟气再热技术是一种发展较为完备的技术。

烟气冷凝技术是对脱硫出口的湿饱和烟气进行冷却，使得烟气沿着饱和湿度曲线降温，在降温过程中含湿量大幅下降。最早是德国BISCHOFF公司申请的直接喷射技术为代表的直接换热专利技术，但由于喷射溶液本身也带来的水蒸气，消除效果也不是很好，目前使用效果较好的是间接换热技术，如国内华能集团的以采用管式换热器作为换热设备的专利技术。烟气冷凝技术是近些年来技术更新较快的技术，目前专利的主要布局方向在换热器领域，如冷凝水收集器的结构、除水导流板合理布置、冷凝水收集装置改造、膨胀节布置、阻燃防腐烟囱材料设计等方向发展。

烟气冷凝再热技术是随着烟气再热技术和烟气冷凝技术的发展而形成的，是近年来的新的分支方向，目前国内关于烟气冷凝再热技术的专利非常多，目前中国各大公司和高校在新技术如相变凝聚器、脱硫零补水系统、烟气余热回收与减排一体化系统上发展较快。从目前的发展方向看，将白雾治理与多污染物联合脱除、水源回收、余热利用结合起来是未来的发展方向。烟气冷凝再热技术不仅扩大了系统白雾消除对环境温湿度的适应范围，还具有节水、多污染物脱除、降低烟气再热热源消耗等特点，具有明显的经济优势。

2.2其他技术

除能量转换法外，还有其他治理白雾的方法，主要为机械除雾法、吸附再生法和分压法专利技术[3]。机械除雾法的专利布局中，主要包括湿式电除尘器、烟道除雾器、声波除雾、烟囱收水环和除雾器等专利技术，这一类技术大多是依靠液滴自身惯性较大的特点，利用离心力将液体从烟气中分离出来。吸附再生法主要在FGD后设置了水蒸气吸收工质、除湿工质等，这类物质能够通过特定的喷洒装置与饱和湿烟气均匀混合时，能够直接吸附其中的凝结水和气态水蒸气，从而达到消除白雾的技术效果，分压法利用盐溶液表面水蒸气分压力低于饱和湿烟气的水蒸气分压力，从而使得饱和湿烟气的水蒸气向盐溶液进行传质传热过程。

3.专利技术分析

白雾消除技术相关专利申请在上世纪70年代就已出现，但随后发展一直呈平缓态势，在2011-2015年间，专利申请量才开始出现大幅增长，2016年之后的专利申请量也很多，表明白雾清除相关专利技術进入快速发展轨道。在全球白雾清除技术相关专利申请中，国内专利申请量为154项，占比58%，国外专利申请量为110项，占比42%。由于在环境保护上的苛刻要求，德国、日本很早就规定了排烟温度，因此有关烟气再热技术的研究开展较早，GGH和MGGH技术最初由国外发展起来，但是随后政策又有转向，德国取消了关于排烟温度的限制，因此总体来说，国外对于白雾消除的专利申请量较为平缓，涉及的技术分支也主要在于GGH或MGGH，重要申请人有日本三菱重工、法国阿尔斯通公司、日本日立公司、美国电力公司等。而国内在白雾清除技术相关专利申请中保持着较好的发展态势，上述数据与我国现阶段在烟气脱硫行业推行的相关环保举措是息息相关的，特别是最近十年内，有关白雾消除的专利申请呈现井喷之势。在白雾清除的相关专利申请方面，在各主要技术分支中，关于烟气再热技术的申请有79项，占所有专利的54%，处于专利申请量的领先位置，可见国内对于烟气再热技术最为重视，而烟气冷凝技术有45项，占比31%，具有前两者优点的烟气冷凝再热复合技术有15项，占比10%，在其他技术分支的专利申请量较少。

四、总结与建议

白雾清除技术起源于国外，但目前中国的白雾清除技术处于快速发展阶段，特别在近十年来专利申请数量逐年上升，申请人以大公司、科研机构、高校为主，从相关技术分支的专利申请量来看，烟气再热技术和烟气冷凝技术占绝大部分，烟气冷凝再热复合技术和其他技术专利申请量相对较少，只占少部分比例。

白雾清除技术专利申请这几年来总的发展进程为：从基础的白雾单一治理向多种污染物、多种能源利用、多种资源回收的综合治理方向发展，其中烟气冷凝再热复合技术是未来的方向，对于国内企业来说，在提高效率的同时，如何降低成本、如何简化工艺是未来研发的重点，解决之道在于材料提升、优化布置、智能化控制。因此在这些方面进行专利布局，可以增强自身的竞争力。

参考文献：

[1]Shinchi_Okamoto.空气污染过程的烟羽轨迹模型[J].大气研究，1988，（5）：21-28.

[2]熊英莹，谭厚章，许伟刚，等. 火电厂烟气潜热和凝结水回收的试验研[J]. 热力发电，2015（6）：77 - 81.

[3]熊英莹，王自宽，张方炜，等. 零水耗湿法脱硫系统试验研究[C]. 发电企业节能减排技术论坛. 2013.

（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心）