在滿(mǎn)足超低排放要求的燃煤電廠(chǎng)，普遍存在的是白色煙羽，有少數(shù)燃用中、高硫煤的電廠(chǎng)會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色煙羽。重點(diǎn)分析了藍(lán)色煙羽和白色煙羽治理技術(shù)及其投資、運(yùn)行費(fèi)用以及其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益。對(duì)于白色煙羽的治理，其污染物減排效益有限，甚至有可能增加污染物排放，不宜全面推廣。對(duì)于藍(lán)色煙羽的治理，需加強(qiáng)對(duì)煙氣中SO3檢測(cè)與治理技術(shù)的研究與示范，并出臺(tái)SO3的排放標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)存在藍(lán)色煙羽現(xiàn)象的電廠(chǎng)進(jìn)行規(guī)范治理。

自2016年上海市出臺(tái)《燃煤電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/963—2016)，要求燃煤發(fā)電鍋爐應(yīng)采取煙溫控制及其他有效措施消除“石膏雨”和“有色煙羽”等現(xiàn)象，加之京津冀、長(zhǎng)三角等重點(diǎn)地區(qū)冬季大氣污染仍頻繁發(fā)生，對(duì)有色煙羽的成分、成因等研究不夠，“有色煙羽”治理開(kāi)始受到各地政府的高度關(guān)注。

截至2018年底，已有天津市、浙江省、河北省以及江蘇省徐州市和鎮(zhèn)江市、山西省臨汾市等地方政府或相關(guān)部門(mén)要求對(duì)超低排放燃煤電廠(chǎng)“有色煙羽”進(jìn)行綜合治理。

“ 石膏雨” 、“ 煙囪雨” 、“ 大白煙” 、“ 有色煙羽” 、“ 濕煙羽” 、“ 藍(lán)煙” 、“ 黑煙”和“黃煙”等各種詞匯見(jiàn)諸于政府文件、學(xué)術(shù)論文及媒體， 導(dǎo)致一定的概念混淆， 使得政府、企業(yè)無(wú)所適從。

本文從有色煙羽的定義、成分、顏色、治理技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究，為客觀(guān)分析滿(mǎn)足超低排放要求的燃煤電廠(chǎng)的煙羽治理提供決策依據(jù)。

1 煙羽定義及其成因分析

1.1 煙羽及其成分

當(dāng)煙氣從煙囪或其他裝置排入大氣后，由于它具有一定的動(dòng)量和浮力，在向下風(fēng)向傳輸過(guò)程中，其中心線(xiàn)會(huì)上升，同時(shí)煙體向四周擴(kuò)散。煙氣在擴(kuò)散過(guò)程中其外形有時(shí)像羽毛狀，因此被稱(chēng)為煙羽。煙羽顏色與煙氣成分及環(huán)境條件密切相關(guān)，在光線(xiàn)充足的條件下，煙氣中的不同成分與顏色之間的關(guān)系見(jiàn)表1。

帶有顏色的煙羽被稱(chēng)為有色煙羽，不同的顏色顯示出煙氣中的不同成分，顏色深淺可顯示其濃度高低，在濃度很低時(shí)一般均呈現(xiàn)為無(wú)色。

1.2 石膏雨及其成因

石膏雨是指采用濕式石灰石–石膏法工藝對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫的過(guò)程中，脫硫系統(tǒng)除霧器及后續(xù)凈化設(shè)備對(duì)逃逸石膏液滴的脫除效率不高，導(dǎo)致大量石膏液滴逃逸并從煙囪排出，在煙囪附近落于地面形成白色斑點(diǎn)的現(xiàn)象。

石膏雨形成是脫硫系統(tǒng)的煙氣流速過(guò)高、流場(chǎng)不均及除霧器效果較差等原因造成的。中國(guó)早期投運(yùn)的濕式石灰石–石膏法煙氣脫硫裝置由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足以及過(guò)分強(qiáng)調(diào)降低造價(jià)等原因，造成部分電廠(chǎng)存在石膏雨現(xiàn)象，對(duì)周邊建筑物、生產(chǎn)設(shè)備、作物、居民等產(chǎn)生了一定的不良影響。隨著超低排放政策的推進(jìn)和對(duì)煙氣脫硫裝置相關(guān)設(shè)備的改進(jìn)，石膏雨現(xiàn)象最近5 年明顯減少。

1.3 煙囪雨及其成因

煙囪雨是指煙囪排放的濕煙氣中含有大量的大顆粒液滴，由于來(lái)不及擴(kuò)散和蒸發(fā)，經(jīng)重力沉降落到地面形成的降雨現(xiàn)象。

產(chǎn)生煙囪雨的原因有3 種：一是由于脫硫系統(tǒng)除霧器的除霧效果較差，致使排放的濕煙氣中液滴含量高，出現(xiàn)煙囪雨并常常伴隨有石膏雨現(xiàn)象，液滴粒徑一般在1 000~2 000 μm;二是濕煙氣經(jīng)過(guò)煙道及煙囪時(shí)，由于溫度下降冷凝形成大量的液滴，液滴粒徑一般在1000~5 000 μm;三是濕煙氣中的氣態(tài)水在與環(huán)境溫度低、濕度大的空氣混合時(shí)，由于溫差較大， 部分氣態(tài)水冷凝直接形成了較大的液滴(甚至冰晶小顆粒)，來(lái)不及再次揮發(fā)而降落地面。

第1 種原因引起的煙囪雨可通過(guò)提高脫硫系統(tǒng)除霧器的除霧效果來(lái)解決。第2 種原因引起的煙囪雨可通過(guò)在煙囪內(nèi)裝設(shè)液態(tài)水收集裝置來(lái)解決。第3 種原因引起的煙囪雨主要發(fā)生在冬季極寒冷的地區(qū)，對(duì)環(huán)境影響范圍較小，如果煙囪周?chē)?00m范圍內(nèi)環(huán)境不敏感， 可不進(jìn)行專(zhuān)門(mén)治理，否則需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱處理。

1.4 灰黑色煙羽及其成因

黑色煙羽(或灰色煙羽)是指由于煙氣中煙塵等固體顆粒物排放濃度高，煙囪排放口附近的煙氣呈黑色或灰色的現(xiàn)象，對(duì)于干煙氣排放，在煙囪排放口就會(huì)形成黑色或灰色煙羽;對(duì)于濕煙氣排放，煙囪口的白色煙羽會(huì)掩蓋黑色或灰色煙羽，但白色煙羽消散后，黑色或灰色煙羽還會(huì)擴(kuò)散很長(zhǎng)的距離，即產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。

顆粒物排放濃度越高，林格曼黑度越高。當(dāng)顆粒物質(zhì)量濃度小于50mg/m3時(shí)，干煙氣排放煙羽為無(wú)色，濕煙氣排放為白色煙羽，且白色煙羽消散后看不見(jiàn)顆粒物的拖尾現(xiàn)象。超低排放要求煙氣中顆粒物質(zhì)量濃度小于10mg/m3，因此，超低排放燃煤電廠(chǎng)不會(huì)再出現(xiàn)黑色或灰色煙羽。

1.5 黃色煙羽及其成因

黃色煙羽是指煙氣中NO2 濃度較高，煙囪排放的煙氣呈黃色的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在實(shí)現(xiàn)超低排放的燃煤電廠(chǎng)一般不會(huì)出現(xiàn)，主要發(fā)生在燃?xì)怆姀S(chǎng)啟動(dòng)負(fù)荷階段、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐、化工廠(chǎng)等。燃煤電廠(chǎng)排放的NOx主要是NO，NO2的濃度很低。

1.6 白色煙羽及其成因

白色煙羽是指煙氣通過(guò)濕法脫硫裝置或濕式電除塵器處理后排放的濕煙氣，通過(guò)煙囪排入大氣，由于溫度下降煙氣中的水蒸氣凝結(jié)產(chǎn)生的白色水霧，由大量1 μm 左右的細(xì)小水滴組成，在陽(yáng)光反射下一般呈白色，但也會(huì)因天空背景色和光照、觀(guān)察角度等原因呈現(xiàn)灰色，且自然擴(kuò)散后會(huì)很快消失，不會(huì)產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。

滿(mǎn)足超低排放要求的燃煤電廠(chǎng)普遍存在這種現(xiàn)象， 又稱(chēng)“ 濕煙羽”，俗稱(chēng)“大白煙”或“冒白煙”，是當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)，也是本文研究的重點(diǎn)。

1.7 藍(lán)色煙羽及其成因

藍(lán)色煙羽是指由于煙氣中硫酸霧(即SO3 氣溶膠或硫酸氣溶膠)排放濃度較高，煙囪排放的煙氣呈藍(lán)色的現(xiàn)象。燃煤電廠(chǎng)煙氣排放過(guò)程中，煙氣中的SO3 基本上全部以硫酸霧形式存在。

根據(jù)美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)煙氣中的硫酸氣溶膠體積濃度在5×10– 6 ~10×10– 6(10×10– 6 相當(dāng)于質(zhì)量濃度為36 mg/m3 的SO3)時(shí)就可能出現(xiàn)藍(lán)色煙羽，超低排放中部分治理設(shè)施對(duì)煙氣中的SO3有較好的協(xié)同脫除作用，但仍有少數(shù)超低排放的電廠(chǎng)會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色煙羽。

SO3主要來(lái)源于鍋爐燃燒、煙氣脫硝催化劑氧化以及電除塵器放電氧化等過(guò)程。因此，該現(xiàn)象主要出現(xiàn)在燃用高硫煤電廠(chǎng)的煙囪附近。SO3對(duì)后續(xù)設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕作用，也是大氣霧霾中的細(xì)顆粒物的成分之一，需要進(jìn)行相應(yīng)的控制。

由此可見(jiàn)，不同有色煙羽成分及其成因有較大差異，滿(mǎn)足超低排放要求的燃煤電廠(chǎng)可能出現(xiàn)的有色煙羽僅有SO3含量較高的煙氣生成的藍(lán)色煙羽或煙氣中氣態(tài)水冷凝形成的白色煙羽。因此，下面僅論述藍(lán)色煙羽和白色煙羽的危害及治理。

2 藍(lán)色煙羽的危害及治理的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益

2.1 藍(lán)色煙羽的危害及治理要求

煙氣中的SO3 主要以亞微米粒徑的硫酸氣溶膠形式存在，粒徑越小，對(duì)于短波的散射越強(qiáng)，從而使煙羽呈現(xiàn)藍(lán)色。硫酸氣溶膠本身就屬于細(xì)顆粒物，排入大氣后還會(huì)和大氣中的氨氣(NH3)等反應(yīng)生成鹽。

目前，中國(guó)SO3排放尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，僅部分省(區(qū)、市)如北京等地方標(biāo)準(zhǔn)提出SO3(或硫酸霧)須控制在5 mg/m3 以下。

在美國(guó)對(duì)于SO3排放也沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但已有22 個(gè)州對(duì)燃煤電廠(chǎng)SO3提出了排放限值要求，其中有9 個(gè)州的排放限值低于5 mg/m3，12 個(gè)州介于5~10 mg/m3。

2.2 藍(lán)色煙羽治理技術(shù)

對(duì)煙氣中SO3 的控制主要有3 條途徑。

一是控制燃煤含硫量和SCR 煙氣脫硝過(guò)程中SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率。二是利用煙氣治理中的低低溫電除塵器(LL-ESP)、濕式電除塵器(WESP)、濕法煙氣脫硫工藝(WFGD)、相變凝聚器等對(duì)煙氣中的硫酸霧進(jìn)行協(xié)同脫除，部分電廠(chǎng)的脫除效果見(jiàn)表2，SO3 的排放質(zhì)量濃度全部小于5 mg/m3。

另?yè)?jù)對(duì)上海6 個(gè)電廠(chǎng)的測(cè)試，在燃煤中硫含量為0.35%~0.95% 時(shí)，超低排放改造前SO3 排放質(zhì)量濃度為4 . 5 8 ~ 3 1 . 3 0 m g / m 3， 平均值為1 3 . 4 0mg/m3;超低排放改造后SO3 排放質(zhì)量濃度降低至0.80~3.68 mg/m3，平均值為2.29 mg/m3，減排率為53.6%~95.1%。

低低溫電除塵器對(duì)SO3 的脫除效率一般在60%~80% 以上，濕法煙氣脫硫工藝對(duì)SO3 的脫除效率在30%~80%，濕式電除塵器和相變凝聚器在30%~75%。三是向煙氣中噴入堿性物質(zhì)，中和煙氣中的硫酸霧。

SO3 噴堿脫除可分為爐內(nèi)噴射和爐后噴射兩種，其中爐后噴射可在省煤器至脫硫塔之間的位置噴入，常用堿性吸收劑有 C a ( O H ) 2、M g ( O H ) 2、N a H S O 3、N a 2C O 3等，與SO3 發(fā)生選擇性反應(yīng)脫除SO3，該技術(shù)對(duì)SO3 的脫除效率可達(dá)90% 以上。該方法目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用很少。