在滿足超低排放要求的燃煤電廠，普遍存在的是白色煙羽，有少數(shù)燃用中、高硫煤的電廠會出現(xiàn)藍色煙羽。重點分析了藍色煙羽和白色煙羽治理技術及其投資、運行費用以及其經(jīng)濟性和環(huán)境效益。對于白色煙羽的治理，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。對于藍色煙羽的治理，需加強對煙氣中SO3檢測與治理技術的研究與示范，并出臺SO3的排放標準，指導存在藍色煙羽現(xiàn)象的電廠進行規(guī)范治理。

自2016年上海市出臺《燃煤電廠大氣污染物排放標準》(DB 31/963—2016)，要求燃煤發(fā)電鍋爐應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、長三角等重點地區(qū)冬季大氣污染仍頻繁發(fā)生，對有色煙羽的成分、成因等研究不夠，“有色煙羽”治理開始受到各地政府的高度關注。

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部門要求對超低排放燃煤電廠“有色煙羽”進行綜合治理。

“ 石膏雨” 、“ 煙囪雨” 、“ 大白煙” 、“ 有色煙羽” 、“ 濕煙羽” 、“ 藍煙” 、“ 黑煙”和“黃煙”等各種詞匯見諸于政府文件、學術論文及媒體， 導致一定的概念混淆， 使得政府、企業(yè)無所適從。

本文從有色煙羽的定義、成分、顏色、治理技術、經(jīng)濟效益與環(huán)境效益等方面進行系統(tǒng)研究，為客觀分析滿足超低排放要求的燃煤電廠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

當煙氣從煙囪或其他裝置排入大氣后，由于它具有一定的動量和浮力，在向下風向傳輸過程中，其中心線會上升，同時煙體向四周擴散。煙氣在擴散過程中其外形有時像羽毛狀，因此被稱為煙羽。煙羽顏色與煙氣成分及環(huán)境條件密切相關，在光線充足的條件下，煙氣中的不同成分與顏色之間的關系見表1。

帶有顏色的煙羽被稱為有色煙羽，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，在濃度很低時一般均呈現(xiàn)為無色。

1.2 石膏雨及其成因

石膏雨是指采用濕式石灰石–石膏法工藝對煙氣進行脫硫的過程中，脫硫系統(tǒng)除霧器及后續(xù)凈化設備對逃逸石膏液滴的脫除效率不高，導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的現(xiàn)象。

石膏雨形成是脫硫系統(tǒng)的煙氣流速過高、流場不均及除霧器效果較差等原因造成的。中國早期投運的濕式石灰石–石膏法煙氣脫硫裝置由于設計經(jīng)驗不足以及過分強調降低造價等原因，造成部分電廠存在石膏雨現(xiàn)象，對周邊建筑物、生產(chǎn)設備、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和對煙氣脫硫裝置相關設備的改進，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，由于來不及擴散和蒸發(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)過煙道及煙囪時，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，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提高脫硫系統(tǒng)除霧器的除霧效果來解決。第2 種原因引起的煙囪雨可通過在煙囪內(nèi)裝設液態(tài)水收集裝置來解決。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)，對環(huán)境影響范圍較小，如果煙囪周圍500m范圍內(nèi)環(huán)境不敏感， 可不進行專門治理，否則需要對煙氣進行加熱處理。

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，對于干煙氣排放，在煙囪排放口就會形成黑色或灰色煙羽;對于濕煙氣排放，煙囪口的白色煙羽會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擴散很長的距離，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。當顆粒物質量濃度小于50mg/m3時，干煙氣排放煙羽為無色，濕煙氣排放為白色煙羽，且白色煙羽消散后看不見顆粒物的拖尾現(xiàn)象。超低排放要求煙氣中顆粒物質量濃度小于10mg/m3，因此，超低排放燃煤電廠不會再出現(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)象在實現(xiàn)超低排放的燃煤電廠一般不會出現(xiàn)，主要發(fā)生在燃氣電廠啟動負荷階段、焦爐、轉爐、化工廠等。燃煤電廠排放的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濕法脫硫裝置或濕式電除塵器處理后排放的濕煙氣，通過煙囪排入大氣，由于溫度下降煙氣中的水蒸氣凝結產(chǎn)生的白色水霧，由大量1 μm 左右的細小水滴組成，在陽光反射下一般呈白色，但也會因天空背景色和光照、觀察角度等原因呈現(xiàn)灰色，且自然擴散后會很快消失，不會產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。

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

1.7 藍色煙羽及其成因

藍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色的現(xiàn)象。燃煤電廠煙氣排放過程中，煙氣中的SO3 基本上全部以硫酸霧形式存在。

根據(jù)美國的經(jīng)驗，當煙氣中的硫酸氣溶膠體積濃度在5×10– 6 ~10×10– 6(10×10– 6 相當于質量濃度為36 mg/m3 的SO3)時就可能出現(xiàn)藍色煙羽，超低排放中部分治理設施對煙氣中的SO3有較好的協(xié)同脫除作用，但仍有少數(shù)超低排放的電廠會出現(xiàn)藍色煙羽。

SO3主要來源于鍋爐燃燒、煙氣脫硝催化劑氧化以及電除塵器放電氧化等過程。因此，該現(xiàn)象主要出現(xiàn)在燃用高硫煤電廠的煙囪附近。SO3對后續(xù)設備有較強的腐蝕作用，也是大氣霧霾中的細顆粒物的成分之一，需要進行相應的控制。

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

2 藍色煙羽的危害及治理的經(jīng)濟與環(huán)境效益

2.1 藍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，對于短波的散射越強，從而使煙羽呈現(xiàn)藍色。硫酸氣溶膠本身就屬于細顆粒物，排入大氣后還會和大氣中的氨氣(NH3)等反應生成鹽。

目前，中國SO3排放尚無國家標準，僅部分省(區(qū)、市)如北京等地方標準提出SO3(或硫酸霧)須控制在5 mg/m3 以下。

在美國對于SO3排放也沒有國家標準，但已有22 個州對燃煤電廠SO3提出了排放限值要求，其中有9 個州的排放限值低于5 mg/m3，12 個州介于5~10 mg/m3。

2.2 藍色煙羽治理技術

對煙氣中SO3 的控制主要有3 條途徑。

一是控制燃煤含硫量和SCR 煙氣脫硝過程中SO2/SO3的轉化率。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)、相變凝聚器等對煙氣中的硫酸霧進行協(xié)同脫除，部分電廠的脫除效果見表2，SO3 的排放質量濃度全部小于5 mg/m3。

另據(jù)對上海6 個電廠的測試，在燃煤中硫含量為0.35%~0.95% 時，超低排放改造前SO3 排放質量濃度為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SO3 的脫除效率一般在60%~80% 以上，濕法煙氣脫硫工藝對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，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)生選擇性反應脫除SO3，該技術對SO3 的脫除效率可達90% 以上。該方法目前在國內(nèi)應用很少。