国内绝大多数燃煤电厂经湿法烟气脱硫工艺处理后的饱和湿烟气直接由烟囱排放，进而形成肉眼可见的白色烟羽....
国内绝大多数燃煤电厂经湿法烟气脱硫工艺处理后的饱和湿烟气直接由烟囱排放，进而形成肉眼可见的白色烟羽。当前，多款节能环保技术已在烟羽治理工程中取得良好成效，但相关技术指标并未结合烟羽消除需求进行配套制定。烟羽治理技术总体可划分为烟气升温型、烟气冷凝型、冷凝再热复合型三大类。本文分析了各类技术的工艺特点与烟羽治理适配性，并基于烟羽生成与消散机理，探究三种技术在不同环境温湿度工况下的适用区间。
0 引言
目前国内超 90% 燃煤电厂脱硫装置均采用石灰石 - 石膏湿法脱硫工艺。随着国家燃煤烟气超低排放改造工作全面铺开、改造速度持续加快，为满足超低排放限值要求，多数脱硫系统不再配套烟气换热器（GGH）。经脱硫后的饱和湿烟气从烟囱排出，与温度更低的环境空气混合降温，烟气内水蒸气达到过饱和状态并凝结，光线发生折射、散射，最终形成白色或灰色 “烟羽”（俗称大白烟）。
烟羽现象降低了公众对环保治理工作的获得感，电厂周边居民陆续提出烟羽治理诉求，多地政府主管部门也相继出台燃煤电厂烟羽管控要求。
1 烟羽生成机理
国内绝大多数燃煤电厂烟气先经湿法脱硫再外排，脱硫后烟气温度降至 45~55℃，此时烟气处于饱和湿烟气状态，富含大量水蒸气。若烟气直接通过烟囱排入低温环境空气，由于环境空气饱和含湿量更低，烟气降温过程中内部水蒸气便会凝结，形成烟羽。烟羽生成机理如图 1 所示，图中曲线为湿空气饱和曲线。
设烟囱出口湿烟气状态为 A 点，环境空气状态为 F 点；烟气刚离开烟囱时处于不饱和状态，湿烟气与环境空气沿 AB 线混合，到达 B 点后烟气达到饱和；此后混合湿空气沿 BDE 曲线状态变化，多余水蒸气凝结成液态小液滴，最终形成可见烟羽。
2 主流烟羽治理技术分类
结合烟羽生成、消散机理，现有具备烟羽治理效果的工艺可分为三类：烟气升温技术、烟气冷凝技术、烟气冷凝再热技术。电力行业现已投运多套烟气冷凝与冷凝再热装置，但这类设备最初并非专为烟羽治理设计，核心功能为污染物减排、烟气取水、节水降耗，配套技术指标也未围绕消白需求编制，仅客观上起到抑制烟羽生成的作用。
部分燃煤电厂配套湿式电除尘器、烟气除湿器、声波除湿装置、烟囱集水环等设备。这类装置虽可脱除烟气凝结水，但凝结水中来自气态水蒸气的占比极低（不足千分之一），仅能缓解烟羽现象，无法实现烟羽有效消除，本文不对该类技术展开深入研究。
此外还有采用冷却塔排烟实现烟羽管控的方案，但该方案更适配新建电厂，难以用于在役机组改造，本文亦不做详细探讨。
下文按照工艺原理，分别阐述烟气升温、烟气冷凝、烟气冷凝再热三类核心消白技术。
3 烟气升温技术
烟气升温技术是对脱硫出口饱和湿烟气进行加热，使烟气相对湿度脱离饱和湿度曲线，其消白机理见图 2。湿烟气初始状态为 A 点，经加热后沿 AB 线上移，再沿 BC 线与空气混合降温至环境状态 C 点；整个 ABC 状态变化全程不与饱和湿度曲线相交，因此不会生成烟羽。
当前在用烟气升温工艺按照换热形式分为间接换热、直接换热两大类：
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间接换热代表工艺：回转式 GGH、管式 GGH、热管式 GGH、MGGH、蒸汽加热器等；
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直接换热代表工艺：热风二次补热、烟气直燃加热、热风掺混升温等。
统一烟羽治理考核指标下，各升温工艺技术经济对比结果如表 1 所示。
直接升温工艺初始投资更低，但热源无法回收烟气余热，运行成本居高不下；作为烟羽治理手段经济性极差，工程实际应用极少。 间接换热工艺中，回转式 GGH 与管式 GGH 均存在不同程度漏风问题，在国内燃煤电厂超低排放政策背景下，其消白应用场景受限；热管式 GGH 大规模推广后，吹灰器布置难度上升、设备占地增加，暂未在大型发电机组落地；蒸汽加热工艺受热源限制，能耗同样偏高。
综合烟气超低排放与节能降耗双重要求，MGGH 作为烟羽治理配套设备应用前景最为广阔。
4 烟气冷凝技术
烟气冷凝技术对脱硫出口饱和湿烟气进行降温，烟气沿饱和湿度曲线冷却，过程中烟气含湿量大幅下降，消白机理如图 3 所示。湿烟气初始状态为 A 点，经冷却沿 AF 线冷凝除湿，再沿 FC 线与空气混合降温至环境状态 C 点；FC 段状态变化不触碰饱和湿度曲线，无可见烟羽产生。
当前燃煤电厂主流烟气冷凝工艺包括相变换热器、凝结水分离器、脱硫零补水系统、烟气余热回收减排一体化装置等，各工艺特性见表 2。从设备名称可看出，该类装置核心功能以污染物脱除、烟气取水、节能节水为主；工艺原理均为冷却脱硫后净烟气，与图 3 机理匹配，工程应用中已稳定实现烟羽抑制效果。
冷凝工艺依据换热形式分为间接换热、直接换热两类：
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直接换热：新建喷淋塔作为换热设备，需占用厂区土地；冷媒与净烟气直接接触，换热效率高，但需配套冷媒补水系统、管控水体 pH 值，整体系统复杂。
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间接换热：多采用管壳式换热器，冷媒与净烟气无直接接触，系统构造更简单。
按照冷源种类划分，冷凝技术可分为水冷源、空冷源、其他人工冷源三类：
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水冷源：配套循环水系统构造最简单，仅需循环水泵与管路，多为开式循环，运行成本最低、占地面积小；
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空冷源：循环水系统需增设冷却塔，系统复杂度、占地面积均高于水冷系统，新增冷却塔还会在近地面产生新的白色烟羽；
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人工冷源（热泵等）：设备占地大、能耗高（以蒸汽型溴化锂热泵为例，每回收 1MJ 热量需消耗 0.7MJ 蒸汽）。
以环境空气、江海水作为冷源的系统，冷源品质受季节影响显著。以我国东部地区为例，冬夏温差可达 20~30℃，同一套冷凝设备在不同季节消白效果差异巨大。
烟气冷凝工艺冷却脱硫后湿烟气，烟气内大量气态水蒸气凝结为液滴；该过程可协同捕集细颗粒物、二氧化硫等多种污染物。因此该工艺用于烟羽治理时，不仅消白效果优良，还可实现烟气多污染物协同脱除，冷凝出水还能回用作为脱硫系统补水。
5 烟气冷凝再热复合技术
烟气冷凝再热技术融合了升温、冷凝两种工艺，消白机理如图 4。湿烟气初始状态为 A 点，先冷却沿 AD 线冷凝除湿，再沿 DE 线升温，最后沿 EC 线与空气混合降温至环境状态 C 点；EC 段状态变化不与饱和湿度曲线相交，无可见烟羽生成。
从烟羽消散机理可以看出，环境温湿度对烟羽的生成、扩散范围影响极大。理论上，给定环境温湿度条件、不计投资运行成本时，单独升温或单独冷凝工艺均可实现烟羽消除（升温温度足够高、冷凝温度足够低即可）。但结合燃煤电厂工程实际，单一升温、单一冷凝方案均存在固有经济短板：升温工艺受原烟气基础温度约束，冷凝工艺受环境空气、循环水温度限制。采用冷凝再热复合工艺，结合冷凝除湿与烟气升温双重手段，能够大幅拓宽系统适配的环境温湿度区间。
举例说明：湿法脱硫后饱和湿烟气温度为 50℃，综合冷热源选型、换热端差等因素，单一升温工艺烟气最大温升值不超过 30℃，单一冷凝工艺烟气最大温降值不超过 25℃。该工况下三种工艺烟羽治理效果对环境工况的适配范围见图 5。
适用区间边界上侧区域为各工艺可完全消除烟羽的工况区间。显而易见，冷凝再热复合工艺适配的环境工况范围远大于单一升温、单一冷凝工艺。以环境相对湿度 80% 为例：升温工艺仅在环境温度高于 15℃时可完全消白；冷凝工艺环境温度高于 9℃可消白；冷凝再热复合工艺环境温度高于 - 6.5℃即可实现烟羽消除。
6 结论
（1）本文系统梳理、初步对比了当前燃煤电厂具备实际消白效果的主流工艺，研究了各类技术用于电厂烟羽治理的适配性能。 （2）烟气升温技术是现阶段应用最广泛的消白工艺；结合当下烟气超低排放与节能降耗政策要求，MGGH 技术市场应用前景最优。 （3）烟气冷凝技术烟羽治理成效突出，还可同步实现烟气多污染物协同脱除。行业内现有冷凝设备大多并非专门针对烟羽治理开发，核心目标为污染物减排、烟气取水、系统节水，配套技术指标未按照消白需求设计，但客观上可有效抑制烟羽产生。 （4）冷凝再热复合技术融合了烟气升温与烟气冷凝两种工艺的优势，针对烟羽治理拥有更宽泛的工况适用范围。 （5）湿式电除尘器、烟气除雾器、声波除湿装置、烟囱集水环等设备虽能脱除烟气中的凝结液滴，但凝结水中源自气态水蒸气的占比极低，难以作为烟羽治理主流工艺，无法从根源上彻底消除白色烟羽。