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生活垃圾焚烧厂白烟来源及控制研究
发布时间：
2025-08-20
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当生活垃圾焚烧厂烟囱出口烟气与低温环境空气接触时，在烟气温度下降过程中，烟气中水蒸气过饱和凝结成无数依次排放的烟团（液相水滴），烟团沿风向运动，在折射和散射光线作用下，形成外形呈羽毛状的“白色烟羽”，简称“白烟”。
白烟的排放影响了视觉感受，居住在垃圾焚烧厂附近的居民经常看到焚烧厂飘出的白烟，怀疑白烟中含有有害物质，会对人体产生危害。垃圾焚烧厂“白烟”现象影响了社会公众对焚烧厂的认知。其实，生活垃圾焚烧厂烟囱排放出来的是经过净化后达到国家相关标准的烟气，通过采取有效的烟气净化技术，已将无机、有机气体，以及颗粒物等各类烟气污染物有效控制在人体健康不受影响的指标限值以内，排放烟气的白烟不属于污染物，除非有感官方面特别需求，否则可不考虑对此进行控制。白烟对环境质量不会产生直接影响，与改善环境质量无关。反之，对排放过程中的“黑烟”现象，则应依据焚烧与烟气两级减排工程技术理论，按国家和地方污染物控制标准，采取最佳可行控制工艺，进行污染物有效控制。
烟气的露点有烟气露点与烟气酸露点之分。烟气酸露点是指烟气中SO3在一定浓度、一定含水率烟气条件下结露的温度。烟气中的SO3与水蒸气相互作用生成硫酸蒸汽，当与硫酸蒸汽接触的管壁温度低于某一数值时，硫酸蒸汽就会在管壁上凝结并产生腐蚀，将发生凝结的最高温度称为烟气酸露点。因为HCl露点低于SO3，而HF露点低于HCl，故一般按SO3确定露点温度。烟气酸露点是发生腐蚀的重要判别条件。一般地，烟气含水率愈大，水蒸气分压力也就愈大，相应烟气酸露点温度越高。在250℃及以下温度状态下，烟气含水率趋近于零时，酸腐蚀作用可以忽略。烟气露点是指烟气中水分的露点。在生活垃圾焚烧过程中有水蒸气生成，并且生活垃圾含水率越高，垃圾焚烧烟气中含水率会越高。这些水蒸气会随着烟气温度降低而凝结（即结露），发生凝结时的最高温度即为烟气露点温度，简称“烟气露点”。
GB 18485—2014生活垃圾焚烧污染控制标准中无相关对白烟控制的要求，生活垃圾焚烧烟气白烟控制方法主要参考火电行业。目前，国内外大多数文献研究多聚焦于烟气酸露点的研究，以及燃煤、钢铁行业的烟气脱白研究，对生活垃圾焚烧发电领域的烟气脱白工程研究与分析较少。本研究通过生活垃圾焚烧厂白烟来源和排放影响因素分析，结合实际项目案例，探讨控制焚烧厂白烟的方法，并对相关白烟知识进行普及，供行业及公众参考。
生活垃圾焚烧厂白烟的生
1. 白烟来源
根据我国进入焚烧厂的原生生活垃圾特性统计分析，其外在含水率多在45%~65%。在垃圾池暂存过程中，沥出15%左右渗滤液。在垃圾焚烧过程中，垃圾中的水分蒸发、汽化，大部分以饱和蒸汽形式转移到焚烧烟气中。另有来自如半干法喷水调温与湿法脱酸工艺，燃烧空气携带，以及汽水系统泄漏等的水或水蒸气。根据我国近年烟囱出口水蒸气含量的统计结果，烟气含水率（体积分数）大致为（23±3）%。
白烟与烟气温度、烟气湿度、环境温度、环境湿度及风速等因素相关。烟气温度越高，携带热量越大，相应携带水汽的能力越强，越不易产生白烟。环境湿度越大，温度越低，容纳水汽的能力越差，则越易产生白烟。当环境温度低于烟气排放温度，排放的烟气被冷却。一旦降到烟气中水蒸气本身的露点，约为（45±15）℃，气态水蒸气凝结成液态水蒸气，凝结后回归大气，就会出现烟气排放携带液态水汽的“白烟”现象。
2. 饱和湿空气线
在白烟消除的研究中常用温湿图作为研究工具，取相对湿度 100% 的曲线即饱和湿空气线作为判定白烟的基准。湿烟气在与大气的混合过程中，如果任意时刻其在温湿图上的状态点不在过饱和区，即烟气状态点与环境大气状态点的连线不与饱和湿空气线相交，则不会产生白烟现象。
垃圾焚烧白烟的热力过程如图1所示。图中曲线BNC为饱和湿空气线。取M点表示烟囱出口处大气状态点，过M点、与BNC相切的直线MN为饱和湿烟气线，N为切点。位于直线MN上的烟气状态，是湿烟气与大气混合不产生白烟的极限状态，这条线即是白烟生成的边界线，也称为白烟防止线。在垃圾焚烧工况条件下，湿烟气状态点落在饱和湿烟气线右侧区域即是未饱和区，均不会产生白烟。
图1 白烟产生和消散热力过程示意
从烟囱出口的烟气，向空气扩散和混合过程可认为是绝热过程，遵循质量守恒、能量守恒定律。垃圾焚烧烟囱出口烟气通常为不饱和烟气，因此，取烟囱出口的烟气状态A点，落在曲线BNC的右侧区域。烟气向大气扩散过程按状态点A→B→N→M发生变化，A点到B点的过程发生在烟囱出口，中心区域无明显白烟，此过程烟气温度降低，绝对湿度不变，相对湿度由小变大直至饱和，在此过程末端随着相对湿度升高，白烟开始出现。B点到N点距离烟囱出口有一段距离，忽略烟气中的水蒸气向大气扩散过程中发生的相变，理论上烟气呈饱和状态。随着烟气温度沿直线BM变化降低，烟气中水蒸气凝结放热。释放热量加热汽水混合物并使部分凝结的水蒸气重新汽化，温度降低、湿度减少，烟气从新的状态（记为B'点，图中未表示）继续沿B'N扩散。重复上述过程，一直持续到烟气状态到达N点。此时烟气仍处于饱和状态，但已接近白色烟羽的尾端。烟气从N点向M点扩散时，烟气状态沿直线变化，并始终处于不饱和状态，扩散过程无水蒸气冷凝，表现为白烟消散。
综上所述，不饱和烟气从烟囱向大气扩散的过程中，其状态点的实际变化过程为沿图1的AB→BN→NM变化，当扩散过程在AB段时，烟气相对湿度增加，由不饱和变为饱和，为白烟形成的过渡段；当扩散过程进行到BN段时，烟气始终处于饱和状态，冷凝水不断析出，为白烟的发生段；当扩散过程进行到NM段时，不再有冷凝水析出，烟气相对湿度降低，为白烟的消散段，烟囱白色烟羽的生成和消散的实际过程见图2。
图2 生活垃圾焚烧白烟产生和消散过程示意
白烟排放的影响因素
1. 排烟温度与环境温度
排烟温度与环境温度是排放白烟的直接影响因素。某项目对排烟温度、环境温度与排放白烟进行跟踪分析，发现湿烟羽的严重程度与排放烟气温度有明显关联，如图3所示。烟气温度越低，白色烟羽长度越小，表明采用降温措施（保证在烟气露点及烟气酸露点以上）可以在一定程度上减弱或消除湿烟羽现象。湿烟羽的严重程度还与环境温度有明显关联，如图4所示。环境温度越低，白色烟羽长度呈指数关系增加，表明环境温度越低，湿烟羽治理难度越大。这也说明在实际运行中，冬季温度低，更容易出现湿烟羽；夏季温度高，出现湿烟羽的机率大幅降低。
注：分析条件为烟气速度20m/s、环境风速3m/s、烟囱出口直径6m、环境相对湿度80%。
图3 烟气温度与湿烟羽关系
注：分析条件为环境风速3m/s、烟气速度20m/s、烟囱出口直径6m、环境相对湿度80%。
图4 环境温度与湿烟羽关系
2. 烟气速度与环境风速
烟气速度、环境风速与湿烟羽关系如图5、图6所示。烟气速度越大，白色烟羽长度越长。环境风速越高，白色烟羽飘散的距离越远。
注：分析条件为环境风速3m/s、烟气温度45℃、环境温度10℃、烟囱出口直径6m、环境相对湿度80%。
图5 烟气速度与湿烟羽关系
烟气含水率
垃圾焚烧运行管理全过程尽可能降低烟气含水率，是控制白烟的一项重要措施，排放烟气含水率最佳指标不大于15%。另外，焚烧烟气采用湿法脱酸工艺具备发生白烟的条件，因此需要防控低温腐蚀，将烟气温度从（50±10）℃提高到烟气酸露点温度以上，通常是不低于160℃。
1. 消除白烟的措施
烟气脱白的原理主要围绕烟气湿度和温度两个方面展开。因此，通过提高烟气排放温度、降低烟气相对湿度（即减少烟气绝对含水量），可使烟气降温至露点前在烟囱口扩散，从而消除白烟。
根据白烟产生的原因，消除白烟的工艺措施主要路径有：①减少烟气含水率；②提高烟气排放温度；③降低烟气流量和二次夹带；④控制脱硝设备的喷氨量和降低氨逃逸的产生；⑤去除烟气中由烟尘和酸雾组成的酸性气溶胶。
降低烟气含水率是控制白烟生成的有效措施，主要控制路径包括：①减少焚烧垃圾含水率，尽可能减少烟气净化系统携带外来水分；②通过烟气换热器降低原烟气进入脱酸系统的温度，从而降低烟气含水率；③烟气脱酸后增加管束除雾器，去除大部分液滴；④通过换热器冷凝脱酸后净烟气降低烟气温度，冷凝回收烟气中的水分。
为了提高烟气的最终排放温度，净烟气的排放温度可以通过烟气-烟气换热器GGH达到80℃左右，使加热后的烟气处于不饱和状态。根据生产实际需要，在焚烧厂中主要采用烟气再加热技术提高烟气排放温度。
2. 选择性非催化还原法（SNCR）与白烟控制
（1）投运SNCR工艺的“白烟”现象
SNCR是控制垃圾焚烧烟气NOx的基本方法。脱硝过程中会发生一定量的氨逃逸，与硫氧化物、氯化氢发生反应易生成硫酸铵和氯化铵。通过使用氨逃逸激光光谱分析仪与烟气自动监控系统相结合的试验方法对白烟成分分析，确定白烟成分具有氯化铵NH4Cl生成的特点，而不是硫酸铵（NH4）2SO4。
含氯塑料是垃圾焚烧烟气中HCl的主要来源，在低于120℃时，HCl与NH3反应容易生成固态氯化铵，形成白色烟雾。在烟气净化系统运行过程中温度较高，不易产生此反应过程，但当烟气从烟囱出口排出与大气接触温度降低时，会生成氯化铵形成白烟。
有相关研究将白烟分为极淡烟、淡烟、浓烟3个级别，并发现与氨逃逸质量浓度存在一定相关性。极淡烟对应的氨逃逸质量浓度<0.38mg/m3，淡烟对应的氨逃逸质量浓度为0.38~0.76mg/m3，浓烟对应的氨逃逸质量浓度>0.76mg/m3。
（2）SNCR运行过程控制白烟生成
白烟与SNCR系统喷氨量有关，喷氨量应根据进风量、炉膛温度等变化进行随动调节，并保证SNCR系统在合适温度区间内运行，以达到较高的NOx转化效率。
垃圾焚烧锅炉稳定运行时，锅炉送风量、炉膛温度、NOx排放浓度以及氨逃逸质量浓度相对稳定，通过烟气在线连续监测系统（CEMS）反馈的烟气中NOx排放浓度，结合SNCR系统的反应效率可理论计算出系统喷氨量。通过氨逃逸分析仪测得的氨逃逸浓度，在保证NOx排放浓度满足排放标准的前提条件下，可确定垃圾焚烧锅炉不同工况下的SNCR系统运行情况，控制运行过程中白烟现象生成。
由以上分析可知，NOx排放浓度、喷氨量与白烟生成存在一定背反关系，即为达到低浓度NOx排放值，需要增加喷氨量，但喷氨量增加会提高氨逃逸浓度，从而容易造成白烟生成；若为控制烟囱产白烟，需要控制喷氨量，一定程度上会影响脱除NOx的效率。因此控制SNCR系统运行的重要原则是保证NOx排放浓度满足控制标准条件下，调节SNCR喷氨量，以达到控制白烟生成的目的。
3. 湿法脱酸系统与白烟控制
（1）湿法系统与烟气含水率
湿法系统运行需消耗相对较多的水量，尽管排放的湿烟气通过有效烟气净化，但因在系统出口含有水蒸气、残存SO2及残存飞灰的催化作用，仍会生成具有强腐蚀性的SO3。湿法出口的烟气温度通常降到露点以下（如45~55℃），继而在引风机驱动下从烟囱排放到大气。这种降温的湿烟气是造成烟囱出口出现白烟的重要因素。
目前常用解决减少“白烟”现象的措施，是把烟气温度加热到露点以上。加热方法主要有利用旁路更高温度烟气的气-气加热法（GGH）、利用冷却塔余热的水-气加热法（WGH）、利用蒸汽加热的汽-气加热法（SGH）。应根据具体条件及当地气候条件确定再加热后的烟气排烟温度。
（2）湿法脱酸系统增设GGH脱白控制
目前生活垃圾焚烧厂的烟气脱白工艺，多采用烟气换热器GGH，利用原始烟气热量对脱酸后烟气加热，加热器对净化烟气再加热后，烟气密度降低，会提高烟囱排放烟气的抬升能力，增大了烟气扩散能力。同时加热使排烟处于不饱和状态，排烟温度在露点以上，从而达到烟气脱白的目的。
但安装GGH也存在一些负面影响，例如：设备较复杂，占地面积较大，对空间高度的要求比较高；总投资增加（约5%~10%）；系统阻力增大，能耗增加；运行维护费用增加。同时，GGH还是造成脱酸系统事故停机的主要设备，设置GGH后，因系统部件的腐蚀和换热元件堵塞而造成增压风机运行故障，已成为烟气脱酸系统稳定运行的瓶颈之一；不设GGH则可减少故障点，保证系统运行的可靠性，减少相应维护和检修工作量。湿法脱酸后的烟气对烟囱的腐蚀隐患并未消除，当烟气在低温、高湿等环境下可能使腐蚀状况进一步加剧。
另外，完全消除白烟的通常做法是将烟气温度加热至110℃以上。此时，设置GGH只能使烟囱出口附近的烟气不产生凝结，但会使白烟在较远的地方形成。因此，GGH并不是保证烟气脱酸效率的必备系统，是否设置GGH应根据工程所处的地理位置、机组容量、机组烟囱的设计等具体情况来确定。
脱白方案实例
本案例采用600t/d层燃型垃圾焚烧锅炉，烟气净化系统采用“SNCR+半干法+干法+活性炭喷射+袋式除尘+烟气回流”工艺，排烟温度在190~220℃范围内。
考虑冬季低气温运行时，净化后烟气中的水蒸气凝结，导致在烟囱排放口处出现“白烟”现象。只是为避免感官上的负面影响，在SCR脱氮装置后，进入烟囱前的主烟道增设脱白系统。采用按设计风量30000m3/h、给净化烟气中补入约350℃热空气（室内抽取电加热）的脱白措施，从而在大气温度5℃、相对湿度60%的气象条件下，降低烟气中的绝对湿度，可达到降低白烟的基本目的。
配置脱白系统组成为脱白风机，电加热器，系统仪表及阀门，风道、风门及附件，控制柜等其他所需设备和组件（表1）。
表1 脱白系统技术规格
通过直接加热脱白，本方案获得一定的环境效益。
（1）脱白系统的投入，会使进入烟囱的烟气温度升高、烟气含湿量下降，有利于腐蚀控制，进而有利于钢烟囱的选材。通常烟囱设计时，烟囱虽有保温，但烟囱出口温度也比进口温度低5℃左右，因此烟囱出口段一般采用不锈钢。
（2）烟囱出口的烟气流速越大，扩散稀释的效果越好。但是，烟气流速一般不应大于30m/s，否则会发生笛音现象。如果烟气流速过低，又会增加烟气对排气筒腐蚀的风险，也降低烟气的扩散稀释效果，通常的烟气流速控制在10~20m/s，一般取15m/s。就本研究方案而言，烟气量及流速大约会增加20%。
但方案中烟气流速的增加会增加烟囱的阻力，使得设在SCR旁路的增压风机或引风机压头增加，增压风机或引风机电耗增加。
结论
在严格执行国家生活垃圾焚烧烟气排放标准和地方环境容量基础上对白烟问题进行探讨，得出如下结论。
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从环境效益视角看，经过严格的烟气净化措施，达到环评批复的排放指标与允许排放容量要求后，以水雾为主的白烟现象不会对环境构成危害。从质量平衡视角，白烟作为一种特定物质，最终会融入大气之中。其质量浓度相对大气是可以忽略的。只是浓度在局部暂时有一定表现，不会对当地气象条件有影响。
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通过脱白系统可在一定程度上对白烟进行控制，但仅满足了感官需求，过程中需消耗大量热、电能量，并对节能减排起到负面作用。
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白烟问题不是环境问题，而是一个公众认识问题。应科学认识白烟的基本情况，运行好现有的环保设施，减少二次污染物的产生；加强知识普及、与公众的沟通，取得社会共识，提高公众对生活垃圾焚烧厂污染物治理情况的知情度。
（来源：环境卫生工程网）
