烟气脱白中“白烟”的形成和消散机理

1、烟气脱白中“白烟”的形成和消散机理

“白烟”成分复杂，物性多变。为了分析“白烟”的形成和消散机理，将“白烟”视为湿空气，用湿空气与环境空气的混合过程来诠释“白烟”的形成与消散。“白烟”的形成和消散机理示意图如图1所示。

假定“白烟”在烟囱出口的状态点为A，环境空气的状态点为E,“白烟”和环境空气的含湿量均小于相应温度下的饱和含湿量，即“白烟”与环境空气的相对含湿量均小于100%，处于未饱和状态。“白烟”由烟囱排出与环境空气混合过程中，“白烟”的状态点开始沿线变化，达到B点后“白烟”变为饱和状态。饱和“白烟”与环境空气混合过程中“白烟”的状态点沿着饱和曲线BCD变化，随着“白烟”温度的降低，饱和“白烟”的绝对含懸量降低，“白烟”中过饱和的水蒸气凝结成液态小水滴，小水滴对光线产生折射、散射作用，从而使烟囱出口的烟羽呈现白色或者灰色，形成“白烟”。当饱和“白烟”的状态点达到D点后，“白烟”与环境空气的混合过程沿着撕线变化，“白烟”变为非饱和状态，“白烟”中不再有小液滴凝结、析出，同时“白烟”中的小液滴开始蒸发，“白烟”逐渐消失。

如果“白烟”的初始状态点A与环境空气状态点E的连线ABDE与饱和曲线不相交，即“白烟”与环境空气混合过程中“白烟”始终不会变为饱和状态，“白烟”中的水蒸气也不会凝结、析出，“白烟”由烟囱排出后便不会形成“白烟”。

2、烟气脱白中“白烟”消散技术

根据“白烟”的形成和消散机理分析可知，如果要消除“白烟”，就要改变“白烟”由烟囱排出时的初始状态点，使“白烟”在环境空气中扩散过程中始终不会变为饱和状态，“白烟”中的水蒸气不会凝结、析出。图2给出了“白烟”消散技术的示意图。

由图2可知，有3种技术可以使“白烟”在环境空气中扩散过程中始终不会变为饱和状态。

①烟气直接加热:烟气直接加热可以使“白烟”的状态点由A变为B，“白烟”的相对含湿量降低，“白烟”由状态点B变为环境空气状态点C的过程中不会变为饱和状态，不会形成“白烟”;

②烟气降温再热:降温可以减少“白烟”的绝对含湿量，烟气再热可以降低“白烟”的相对含湿量，降温再热可以将“白烟”的状态点由A变为E“白烟”由状态点E变为环境空气状态点C的过程中不会变为饱和状态，不会形成“白烟”;

③烟气直接降温:烟气直接降温将“白烟”的状态点由A变为F，“白烟”由状态点F变为环境空气状态点C的过程中不会变为饱和状态，不会形成“白烟”。

3、数学模型

烟气脱白中“白烟”在环境空气中的扩散过程同时存在传热和传质两个过程，“白烟”在环境空气中扩散过程中是否会产生饱和状态要通过数值计算求解每个状态点的参数，以此来判断“白烟”由烟囱排出是否会形成“白烟”。式(1)式(7)为“白烟”扩散过程中的守恒方程组。

采用5阶Runge-Kutta法求解式(8)式(14)即可获得“白烟”扩散过程的数值解。方程组求解过程中，若“白烟”比湿达到饱和状态，且烟气温度高于环境空气温度时，计算结束，判定“白烟”扩散过程会形成“白烟”现象;若“白烟”比湿未出现饱和状态，且烟气温度达到环境空气温度时，计算结束，判定“白烟”扩散过程不会形成“白烟”现象。

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