消除白烟极限参数计算模型
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气中含湿量和温 度 的 降 低,白 烟 产 生 量 逐 渐 减 少,先
前形成白 烟 也 会 重 新 消 散, 至 C 点 有 色 烟 羽 消 散。
可见 B 点 是 白 烟 形 成 的 开 始 点,而 C 点 是 白 烟 的 消
失点。 因此在烟气 由 排 烟 状 态 过 渡 到 环 境 状 态 的 过
09 06
收稿日期:2019-
[ 4-6]
。
月) 冷凝后烟温达到 45 ℃ 以 下,烟 气 含 湿 量 9. 5% 以
在消白及余热利用 工 程 设 计 中 需 要 确 定 处 理 后 的 排
第一作者:周淼( 1996-) ,女,硕士,主要研究方向为脱硫塔烟气消白。 429272421@ qq. com
Keywords: white smoke; calculation model; high humidity smoke
0 引 言
国内一些地方环保 部 门 已 提 出 消 除 或 减 轻 白 烟 现 象
湿法烟气脱硫是目前火电领域的主流烟气脱硫
工艺
[ 1]
。 从湿法脱硫塔 排 出 的 烟 气 中 带 有 大 量 的 水
- 2. 71% ,在工程计算中该误差可以接受。
设极限直线上任 一 点 的 参 数 为 ( t,d) ,大 气 环 境
ts =
t - t0
=
( 6)
t1 - t0
把式( 5) 带入式( 6) ,得:
Δt =
d - d0
( t - t0 )
t1 - t0
在 - 5 ~ 80 ℃ 下的环境温度范围内,依据文献[9-12]
和式( 2) 计算 d 与 t,利用 origin 软件拟合出湿烟气饱
和温度和湿度关系为:
d = 0. 03533t + ( - 0. 2458) t + 4. 44357
2
( 5)
以 文 献 [ 7-9] 为 基 准, 式 ( 3 ) 的 相 对 误 差 为
的关系:
d = 0. 622
PV
P - PV
= 0. 622
P S ( t)
P - P S ( t)
( 2)
由于烟气的摩尔质量不同于空气,湿烟气的含湿
量计算公式中的计算系数理应不同,但是在湿烟气离
开烟囱在大气环境的扩散过程中,湿烟气是逐渐被周
边环境空气稀释的,最终和周边空气完全一致。 因此
在进行湿烟气的绝对含湿量计算时,可以近似采用空
的 计 算 公 式: 0. 0078T 2 +
di - d0
3. 799 +
ti - t0
(
0. 2966 -
di - d0
ti - t0
)
T +
t 0 - d 0 = 0 确 定 环 境 温 度 在 - 20 ~
- 5 ℃ 下的极限排烟温度和极限含湿量。 但该式所对
应的环境温度为 - 20 ~ - 5 ℃ ,而消白环境温度超出该
1 计算模型
白烟) 。 切点 E 具有特殊意义,如果原始排烟温度或通
1. 1 依据湿烟气温湿图分析白烟形成机理及消除条件
由文献 [ 9] 可 得 湿 空 气 绝 对 含 湿 量 和 温 度 的
关系:
d = 0. 622
ϕP S ( t)
P - ϕP S ( t)
过冷却降低后的排烟温 度 低 于 E 点 对 应 的 温 度 时,E
囱的周围将 会 出 现 “ 石 膏 雨 ” 现 象, 从 而 带 来 了 视 觉
下。 这些标准的 颁 布,会 推 动 烟 气 消 白 工 程 的 实 施。
及烟囱腐 蚀
[ 3]
有色烟羽( 也 称 白 烟 ) ,甚 至 在 不 利 的 气 象 条 件 下 烟
污 染; 再 次 饱 和 湿 烟 气 也 含 有 大 量 的 低 温 余 热
点以下各排烟点与环境状态点不再与饱和线相交,此
时不需要再加热也不会产生白烟 [ 1, 4, 5] 。
( 1)
式中:d 为 湿 空 气 绝 对 含 湿 量,kg / kg 干 空 气;ϕ 为 相
对湿度;P 为湿空气总压力,Pa; P S ( t) 为湿空气中水
蒸气分压力,Pa。
当 ϕ = 1 时,则是饱和湿空气绝对含湿量和温度
Environmental Thermal Technology of Ministry of Education, Shandong Key Laboratory of Energy Carbon Reduction and
Resource Utilization, School of Energy and Power Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China)
极限直线的斜率计 算 公 式 以 及 湿 烟 气 饱 和 曲 线 和 极
该切线方程就是在该环境状态下不产生白烟的排烟参
限直线相切的切 点 参 数,该 模 型 计 算 比 较 简 单,准 确
数方程,据此可以计算烟气消白极限排烟温度( 高于极
性较高,可用于白烟消除及余热利用工程的设计。
限温度不产生白烟) 或极限湿度( 低于极限湿度不产生
corrosion of tail flue and chimney and formation of colored plume. The waste heat recovery and utilization while weakening the
white smoke phenomenon is one of the research hotspots in the field of energy conservation and environmental protection in
随着空气的混入及烟气与空气进行换热,烟气的温度
和湿度降低,烟气 中 的 水 蒸 气 开 始 凝 结 成 液 滴,白 烟
出现。 初期随着混合扩散和传热的持续进行,烟气的
温度和 湿 度 均 降 低, 整 个 烟 气 进 入 气 液 两 相 区 ( B
图 1 湿烟气的饱和线及消除白烟原理
1. 2 烟气绝对含湿量与容积含湿量换算关系
放标准;河 北 省 要 求 采 取 烟 温 控 制 冷 凝 法 消 除 白 烟
析出,液态水进一 步 吸 收 烟 气 中 酸 性 气 体,造 成 烟 道
时,在正常 工 况 下,夏 季 ( 4 ~ 10 月 ) 冷 凝 后 烟 温 达 到
;其次饱和湿烟气离开烟囱后会形成
48 ℃ 以下, 烟 气 含 湿 量 11% 以 下; 冬 季 ( 11 ~ 次 年 3
程中,避免与湿 饱 和 线 相 交 ( 即 避 免 AD 线 和 饱 和 线
相交) 是消除白烟的条件。
在图 1 中过大气环境的状态点 D,作一条与湿空
气饱和线相切的直线 DH( 切点是 E) ,则该切线就是不
产生白烟的极限直线,若排烟状态位于直线 DH 的 右
下侧,则不会产生白烟,而位于左上侧就会产生白烟。
d = 0. 622
PV
P - PV
PV
= 0. 622
P
1 -
PV
P
= 0. 622
Xv
1 - Xv
( 4)
环 境 工 程
194
2020 年第 38 卷增刊
假设烟气容积含湿 量 X v = 8% ,换 算 为 绝 对 含 湿
量 d = 0. 054。
1. 3 烟气消白极限参数计算模型
∗通信作者:徐夕仁,男,副教授,主要研究方向为燃煤污染超净排放。 xuxiren@ sdu. edu. cn
环 境 工 程
193
2020 年第 38 卷增刊
烟参数,该 参 数 可 以 通 过 《 水 和 水 蒸 气 热 力 性 质 图
表》
[ 7]
确定,但准确性较差,也可以通过文献[ 8] 提 出
尾部烟道和烟囱腐蚀及有色烟羽形成的根本原因。 在削弱白烟现象的同时进行余热回收利用是我国节能环保领域 研
究热点之一。 依据湿烟气的热力学原理,提出了在不同的环境状态下消除白烟的极限排烟温度和湿度的计算模型,进
而得到了在一定环境状态下的最低绝热饱和温度的计算式,可为白烟消除及余热利用的工程设计提供参考。
环 境 工 程
192
2020 年第 38 卷增刊
消除白烟极限参数计算模型
周 淼 徐夕仁 ∗ 崔 琳 陈莲芳
( 山东大学能源与动力工程学院,燃煤污染物减排国家工程实验室,环境热工技术教育部工程研究中心,
山东省能源碳减排技术与资源化利用重点实验室,山东 济南 250061)
摘要:通常湿法烟气脱硫后烟气处于近饱和状态,温度在 50 ℃ 左右,水分含量和潜热都很大。 高湿烟气进一步冷凝是
China. Based on the thermodynamic principle of wet flue gas, this paper proposed a calculation model for eliminating the
extreme exhaust temperature and humidity of white smoke under different environmental conditions, and then obtained the
Abstract: Generally, the flue gas is in a near-saturated state after the wet flue gas desulfurization, the temperature is about 50
℃ , and the moisture content and latent heat are both large. Further condensation of high-humidity flue gas is the root cause of
气含湿量计算式( 2) [ 9] 。
Hale Waihona Puke 根据文 献 [ 7] 饱 和 蒸 气 压 和 温 度 数 据, 带 入 式
(2) 可绘制湿烟气的温湿图,如图 1 所示,其中曲线 1
是湿空气饱和线,D 点 为 环 境 空 气 状 态 点,A 点 为 烟
囱出口烟气状态,设 排 出 烟 囱 时 烟 气 处 于 饱 和 状 态,
蒸气,其危 害 和 能 量 损 失 巨 大
[ 2]
。 首先烟气中的部
的 标 准, 例 如 天 津 市 环 保 部 门 发 布 了 DB12 / 810—
2018《 大气污 染 物 排 放 标 准 》 , 这 是 国 内 首 个 对 烟 气
排放温度、湿度做出限定的地方火电厂大气污染物排
分水蒸气会随着烟 气 的 冷 却 在 后 续 的 烟 道 及 烟 囱 中
范围,因此在实际工程应用中不宜使用。
在深入探讨白烟形成和消除的机理的基础上,依
据热力 学 原 理,提 出 了 在 - 5 ~ 80 ℃ 的 环 境 温 度 下 消
除白烟的极限排烟温度和湿度的计算模型,并且得到
点) ,在气液两 相 区 部 分 水 蒸 气 呈 液 态 ( 即 雾 态 ) , 蒸
汽不 断 冷 凝 成 液 滴,雾 滴 持 续 增 多。 而 后 期,随 着 烟
关键词:白烟;计算模型;高湿烟气
ELIMINATION OF WHITE SMOKE LIMIT PARAMETER CALCULATION MODEL
Zhou Miao Xu Xiren ∗ Cui Lin Chen Lianfang
( National Engineering Laboratory for Reducing Emissions from Coal Combustion, Engineering Research Center of
calculation formula of the minimum adiabatic saturation temperature under certain environmental conditions to provide
references of the engineering design of white smoke elimination and waste heat utilization.
工程实践中常常已知空气和烟气的容积含湿量,
为了方便计算,需要将烟气的容积含湿量转换成绝对
含湿量。 由文献[ 9] 可得容积含湿量 X v :
Xv =
Vv
V
=
Pv
( 3)
P
式中: V v 为烟气中水 蒸 气 的 体 积,m 3 ; V 为 烟 气 的 体
积,m 3 。
将式( 3) 代入式( 2) 得烟气绝对含湿量 d:
前形成白 烟 也 会 重 新 消 散, 至 C 点 有 色 烟 羽 消 散。
可见 B 点 是 白 烟 形 成 的 开 始 点,而 C 点 是 白 烟 的 消
失点。 因此在烟气 由 排 烟 状 态 过 渡 到 环 境 状 态 的 过
09 06
收稿日期:2019-
[ 4-6]
。
月) 冷凝后烟温达到 45 ℃ 以 下,烟 气 含 湿 量 9. 5% 以
在消白及余热利用 工 程 设 计 中 需 要 确 定 处 理 后 的 排
第一作者:周淼( 1996-) ,女,硕士,主要研究方向为脱硫塔烟气消白。 429272421@ qq. com
Keywords: white smoke; calculation model; high humidity smoke
0 引 言
国内一些地方环保 部 门 已 提 出 消 除 或 减 轻 白 烟 现 象
湿法烟气脱硫是目前火电领域的主流烟气脱硫
工艺
[ 1]
。 从湿法脱硫塔 排 出 的 烟 气 中 带 有 大 量 的 水
- 2. 71% ,在工程计算中该误差可以接受。
设极限直线上任 一 点 的 参 数 为 ( t,d) ,大 气 环 境
ts =
t - t0
=
( 6)
t1 - t0
把式( 5) 带入式( 6) ,得:
Δt =
d - d0
( t - t0 )
t1 - t0
在 - 5 ~ 80 ℃ 下的环境温度范围内,依据文献[9-12]
和式( 2) 计算 d 与 t,利用 origin 软件拟合出湿烟气饱
和温度和湿度关系为:
d = 0. 03533t + ( - 0. 2458) t + 4. 44357
2
( 5)
以 文 献 [ 7-9] 为 基 准, 式 ( 3 ) 的 相 对 误 差 为
的关系:
d = 0. 622
PV
P - PV
= 0. 622
P S ( t)
P - P S ( t)
( 2)
由于烟气的摩尔质量不同于空气,湿烟气的含湿
量计算公式中的计算系数理应不同,但是在湿烟气离
开烟囱在大气环境的扩散过程中,湿烟气是逐渐被周
边环境空气稀释的,最终和周边空气完全一致。 因此
在进行湿烟气的绝对含湿量计算时,可以近似采用空
的 计 算 公 式: 0. 0078T 2 +
di - d0
3. 799 +
ti - t0
(
0. 2966 -
di - d0
ti - t0
)
T +
t 0 - d 0 = 0 确 定 环 境 温 度 在 - 20 ~
- 5 ℃ 下的极限排烟温度和极限含湿量。 但该式所对
应的环境温度为 - 20 ~ - 5 ℃ ,而消白环境温度超出该
1 计算模型
白烟) 。 切点 E 具有特殊意义,如果原始排烟温度或通
1. 1 依据湿烟气温湿图分析白烟形成机理及消除条件
由文献 [ 9] 可 得 湿 空 气 绝 对 含 湿 量 和 温 度 的
关系:
d = 0. 622
ϕP S ( t)
P - ϕP S ( t)
过冷却降低后的排烟温 度 低 于 E 点 对 应 的 温 度 时,E
囱的周围将 会 出 现 “ 石 膏 雨 ” 现 象, 从 而 带 来 了 视 觉
下。 这些标准的 颁 布,会 推 动 烟 气 消 白 工 程 的 实 施。
及烟囱腐 蚀
[ 3]
有色烟羽( 也 称 白 烟 ) ,甚 至 在 不 利 的 气 象 条 件 下 烟
污 染; 再 次 饱 和 湿 烟 气 也 含 有 大 量 的 低 温 余 热
点以下各排烟点与环境状态点不再与饱和线相交,此
时不需要再加热也不会产生白烟 [ 1, 4, 5] 。
( 1)
式中:d 为 湿 空 气 绝 对 含 湿 量,kg / kg 干 空 气;ϕ 为 相
对湿度;P 为湿空气总压力,Pa; P S ( t) 为湿空气中水
蒸气分压力,Pa。
当 ϕ = 1 时,则是饱和湿空气绝对含湿量和温度
Environmental Thermal Technology of Ministry of Education, Shandong Key Laboratory of Energy Carbon Reduction and
Resource Utilization, School of Energy and Power Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China)
极限直线的斜率计 算 公 式 以 及 湿 烟 气 饱 和 曲 线 和 极
该切线方程就是在该环境状态下不产生白烟的排烟参
限直线相切的切 点 参 数,该 模 型 计 算 比 较 简 单,准 确
数方程,据此可以计算烟气消白极限排烟温度( 高于极
性较高,可用于白烟消除及余热利用工程的设计。
限温度不产生白烟) 或极限湿度( 低于极限湿度不产生
corrosion of tail flue and chimney and formation of colored plume. The waste heat recovery and utilization while weakening the
white smoke phenomenon is one of the research hotspots in the field of energy conservation and environmental protection in
随着空气的混入及烟气与空气进行换热,烟气的温度
和湿度降低,烟气 中 的 水 蒸 气 开 始 凝 结 成 液 滴,白 烟
出现。 初期随着混合扩散和传热的持续进行,烟气的
温度和 湿 度 均 降 低, 整 个 烟 气 进 入 气 液 两 相 区 ( B
图 1 湿烟气的饱和线及消除白烟原理
1. 2 烟气绝对含湿量与容积含湿量换算关系
放标准;河 北 省 要 求 采 取 烟 温 控 制 冷 凝 法 消 除 白 烟
析出,液态水进一 步 吸 收 烟 气 中 酸 性 气 体,造 成 烟 道
时,在正常 工 况 下,夏 季 ( 4 ~ 10 月 ) 冷 凝 后 烟 温 达 到
;其次饱和湿烟气离开烟囱后会形成
48 ℃ 以下, 烟 气 含 湿 量 11% 以 下; 冬 季 ( 11 ~ 次 年 3
程中,避免与湿 饱 和 线 相 交 ( 即 避 免 AD 线 和 饱 和 线
相交) 是消除白烟的条件。
在图 1 中过大气环境的状态点 D,作一条与湿空
气饱和线相切的直线 DH( 切点是 E) ,则该切线就是不
产生白烟的极限直线,若排烟状态位于直线 DH 的 右
下侧,则不会产生白烟,而位于左上侧就会产生白烟。
d = 0. 622
PV
P - PV
PV
= 0. 622
P
1 -
PV
P
= 0. 622
Xv
1 - Xv
( 4)
环 境 工 程
194
2020 年第 38 卷增刊
假设烟气容积含湿 量 X v = 8% ,换 算 为 绝 对 含 湿
量 d = 0. 054。
1. 3 烟气消白极限参数计算模型
∗通信作者:徐夕仁,男,副教授,主要研究方向为燃煤污染超净排放。 xuxiren@ sdu. edu. cn
环 境 工 程
193
2020 年第 38 卷增刊
烟参数,该 参 数 可 以 通 过 《 水 和 水 蒸 气 热 力 性 质 图
表》
[ 7]
确定,但准确性较差,也可以通过文献[ 8] 提 出
尾部烟道和烟囱腐蚀及有色烟羽形成的根本原因。 在削弱白烟现象的同时进行余热回收利用是我国节能环保领域 研
究热点之一。 依据湿烟气的热力学原理,提出了在不同的环境状态下消除白烟的极限排烟温度和湿度的计算模型,进
而得到了在一定环境状态下的最低绝热饱和温度的计算式,可为白烟消除及余热利用的工程设计提供参考。
环 境 工 程
192
2020 年第 38 卷增刊
消除白烟极限参数计算模型
周 淼 徐夕仁 ∗ 崔 琳 陈莲芳
( 山东大学能源与动力工程学院,燃煤污染物减排国家工程实验室,环境热工技术教育部工程研究中心,
山东省能源碳减排技术与资源化利用重点实验室,山东 济南 250061)
摘要:通常湿法烟气脱硫后烟气处于近饱和状态,温度在 50 ℃ 左右,水分含量和潜热都很大。 高湿烟气进一步冷凝是
China. Based on the thermodynamic principle of wet flue gas, this paper proposed a calculation model for eliminating the
extreme exhaust temperature and humidity of white smoke under different environmental conditions, and then obtained the
Abstract: Generally, the flue gas is in a near-saturated state after the wet flue gas desulfurization, the temperature is about 50
℃ , and the moisture content and latent heat are both large. Further condensation of high-humidity flue gas is the root cause of
气含湿量计算式( 2) [ 9] 。
Hale Waihona Puke 根据文 献 [ 7] 饱 和 蒸 气 压 和 温 度 数 据, 带 入 式
(2) 可绘制湿烟气的温湿图,如图 1 所示,其中曲线 1
是湿空气饱和线,D 点 为 环 境 空 气 状 态 点,A 点 为 烟
囱出口烟气状态,设 排 出 烟 囱 时 烟 气 处 于 饱 和 状 态,
蒸气,其危 害 和 能 量 损 失 巨 大
[ 2]
。 首先烟气中的部
的 标 准, 例 如 天 津 市 环 保 部 门 发 布 了 DB12 / 810—
2018《 大气污 染 物 排 放 标 准 》 , 这 是 国 内 首 个 对 烟 气
排放温度、湿度做出限定的地方火电厂大气污染物排
分水蒸气会随着烟 气 的 冷 却 在 后 续 的 烟 道 及 烟 囱 中
范围,因此在实际工程应用中不宜使用。
在深入探讨白烟形成和消除的机理的基础上,依
据热力 学 原 理,提 出 了 在 - 5 ~ 80 ℃ 的 环 境 温 度 下 消
除白烟的极限排烟温度和湿度的计算模型,并且得到
点) ,在气液两 相 区 部 分 水 蒸 气 呈 液 态 ( 即 雾 态 ) , 蒸
汽不 断 冷 凝 成 液 滴,雾 滴 持 续 增 多。 而 后 期,随 着 烟
关键词:白烟;计算模型;高湿烟气
ELIMINATION OF WHITE SMOKE LIMIT PARAMETER CALCULATION MODEL
Zhou Miao Xu Xiren ∗ Cui Lin Chen Lianfang
( National Engineering Laboratory for Reducing Emissions from Coal Combustion, Engineering Research Center of
calculation formula of the minimum adiabatic saturation temperature under certain environmental conditions to provide
references of the engineering design of white smoke elimination and waste heat utilization.
工程实践中常常已知空气和烟气的容积含湿量,
为了方便计算,需要将烟气的容积含湿量转换成绝对
含湿量。 由文献[ 9] 可得容积含湿量 X v :
Xv =
Vv
V
=
Pv
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P
式中: V v 为烟气中水 蒸 气 的 体 积,m 3 ; V 为 烟 气 的 体
积,m 3 。
将式( 3) 代入式( 2) 得烟气绝对含湿量 d: