燃煤電廠煙氣SO3遷移轉(zhuǎn)化特性試驗

1、how self-discipline you are, how free you are.整合匯編簡單易用（頁眉可刪）燃煤電廠煙氣so3遷移轉(zhuǎn)化特性試驗 摘 要對某電廠 300 mw 機組在不同煤種、不同負(fù)荷條件下，選擇性催化還原（scr）脫硝系統(tǒng)、空氣預(yù)熱器、低低溫電除塵器、海水脫硫以及濕式電除塵器等裝置中 so3遷徙轉(zhuǎn)化特性進行了試驗分析。試驗結(jié)果表明：低低溫電除塵器對 so3的脫除效率可達(dá) 65%；海水脫硫?qū)o3的脫除效率約為 15%；濕式電除塵器對煙氣中 so3脫除效率約為 5%；煙氣經(jīng)過 scr脫硝裝置后 so3明顯增加，這是造成尾部煙氣中 so3質(zhì)量濃度升高的主要原因；經(jīng)低低溫

2、電除塵器、海水脫硫裝置以及濕式電除塵器對煙氣中 so3的協(xié)同脫除，能實現(xiàn)最終 so3排放質(zhì)量濃度低于 2 mg/m3。關(guān) 鍵 詞燃煤電廠；超低排放；so3；遷移轉(zhuǎn)化；協(xié)同脫除；脫硝系統(tǒng)；空氣預(yù)熱器；電除塵器現(xiàn)有燃煤電廠中裝配的脫硫、脫硝及除塵設(shè)備裝置能實現(xiàn)煙氣中灰塵、nox、so2等常規(guī)污染物的有效脫除。但近年來，相關(guān)運行情況及研究發(fā)現(xiàn)，脫硝裝置入口煙氣中一部分 so2會進一步被選擇性催化還原（scr）脫硝催化劑氧化，形成 so3，so3容易與脫硝裝置中過量的 nh3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸氫銨（abs）等物質(zhì)，造成脫硝床層以及下游空氣預(yù)熱器（空預(yù)器）等裝置的嚴(yán)重堵塞。abs沉積在空預(yù)器內(nèi)部，會降

3、低空預(yù)器換熱效率，同時也嚴(yán)重影響鍋爐安全正常運行，引起爐膛負(fù)壓大幅波動，甚至引起爐膛滅火而停爐。因此，深入解析燃煤電廠煙氣中 so3、nh3等組分生成及遷徙轉(zhuǎn)化規(guī)律，是保證煙氣污染物控制裝置高效運行，實現(xiàn)燃煤電廠超低排放的關(guān)鍵。近年來，針對燃煤電廠現(xiàn)有環(huán)保裝置對 so3協(xié)同控制效果及排放進行了大量總結(jié)研究并開展部分工業(yè)測試。李小龍等針對典型機組的測試結(jié)果表明，低低溫電除塵器對 so3的脫除效率差別較大（1.8%96.6%）；大部分濕法脫硫技術(shù)對 so3的脫除效率高于 50%；so3在濕式電除塵器中脫除效率也大于 50%；超低排放條件下，大部分機組的 so3排放質(zhì)量濃度低于 2 mg/m3。李高

4、磊等對江西某電廠 3340 mw 機組的研究表明，濕式靜電除塵器和化學(xué)團聚系統(tǒng)的超低排放改造能夠明顯提高燃煤電廠 so3的脫除率，濕式電除塵器（wesp）耦合電除塵器（esp）及濕法脫硫（wfgd）在高負(fù)荷下對 so3脫除效率可達(dá) 80%以上。但同時張雪峰等通過開展 so3對高濕靜電場中電暈放電的影響機制研究提出，煙氣中高濃度 so3所形成的硫酸氣溶膠顆粒會產(chǎn)生電暈封閉現(xiàn)象，一定程度上造成濕式電除塵器效率下降。王定幫等對國內(nèi)多個燃煤機組研究發(fā)現(xiàn)，低低溫電除塵系統(tǒng)對 so3脫除有很好的效果。bongartz 等人研究表明，在爐內(nèi)噴入鈣基吸收劑能夠有效降低 so3的排放。目前，針對燃煤煙氣中 so

5、3脫除的相關(guān)研究雖已有所開展，但對不同工況下 so3在不同污染物脫除裝置中的遷徙及轉(zhuǎn)化規(guī)律缺乏系統(tǒng)研究和分析，從而無法從根本上解決 so3對各系統(tǒng)運行及環(huán)境帶來的影響。本文以某電廠 300 mw 機組為研究對象，研究不同負(fù)荷條件下 scr 脫硝系統(tǒng)、低低溫電除塵器、海水脫硫、濕式電除塵等污染物控制裝置中的 so3整體遷移轉(zhuǎn)化特性，以期為消除 so3對系統(tǒng)的影響和 so3最終控制提供理論基礎(chǔ)。1 研究對象及方法1.1 研究對象本文研究對象為某電廠 300 mw 機組，其鍋爐為上海鍋爐廠設(shè)計制造，亞臨界參數(shù)、中間再熱、控制循環(huán)、平衡通風(fēng)、冷態(tài)排渣汽包爐。鍋爐設(shè)計燃用山西晉北煙煤，配正壓直吹式制粉系

6、統(tǒng)，采用四角切圓燃燒方式。鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表 1，煤質(zhì)分析見表 2。表 1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)表 2 鍋爐煤質(zhì)電廠尾部煙氣處理裝置包括 scr 脫硝系統(tǒng)、低低溫電除塵器、海水脫硫系統(tǒng)、濕式電除塵器等。scr煙氣脫硝裝置采用高塵型工藝布置，布置在省煤器與空預(yù)器之間。反應(yīng)器內(nèi)催化劑按“二用一備”模式布置，底層為預(yù)留層。反應(yīng)器入口設(shè)氣流均布裝置，且在煙道不同位置設(shè)導(dǎo)流板、靜態(tài)混合器和整流器等裝置以保證煙氣和氨氣進入反應(yīng)器前充分混合。煙塵脫除采用低低溫電除塵器，按雙室五電場布置，每個電場配 4 只灰斗，陽極板型為 be 型，煙氣流速為 1.15 m/s，在除塵器內(nèi)的停留時間為15.86 s，除塵效率為

7、 99.91%。煙氣脫硫采用海水脫硫工藝（swfgd），設(shè)計脫硫效率為 98.3%，脫硫塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)為填料塔，設(shè) 5 級噴淋層+2 級屋脊除霧器。洗滌煙氣的海水在脫硫塔內(nèi)水力停留時間約為 2.5 min，煙氣與海水的接觸時間約 2.45 s。濕式電除塵器采用臥式單室一電場結(jié)構(gòu)，設(shè)計粉塵去除率75%，pm2.5去除率90%，霧滴去除率80%，so3去除率60%。1.2 試驗工況與方法煙氣中 nh3、so3等污染物遷移轉(zhuǎn)化特性試驗分別在機組燃用高硫煤和低硫煤條件下進行。試驗時機組的負(fù)荷分別穩(wěn)定在 300、170 mw。在不同試驗工況下，分別測試分析 scr 脫硝裝置進/出口、低低溫電除塵器進/出口、

8、脫硫裝置進/出口、濕式電除塵器進/出口的 so3質(zhì)量濃度。試驗工況見表 3。表 3 試驗工況so3質(zhì)量濃度測量依據(jù) epa method 8 標(biāo)準(zhǔn)。在各測點采集 so3煙氣樣本，并記錄所采集的干煙氣流量和 o2質(zhì)量分?jǐn)?shù)。利用化學(xué)滴定法分析樣品中的硫酸根質(zhì)量濃度，并根據(jù)所測量 o2質(zhì)量分?jǐn)?shù)和煙氣流量，計算各采集點煙氣中的干基 so3質(zhì)量濃度。so3取樣測量設(shè)備如圖 1 所示。圖 1 so3取樣設(shè)備2 結(jié)果及討論2.1 so3整體遷移轉(zhuǎn)化特性圖 2 為不同工況下各污染物控制裝置進/出口的 so3質(zhì)量濃度分布。由圖 2 可以發(fā)現(xiàn)，不同工況下 scr 脫硝裝置中 so3質(zhì)量濃度都顯著上升。有研究表明，

9、scr 脫硝過程中催化劑將 nox催化還原成 n2的同時，scr 催化劑中活性組分也會將部分的 so2（大約占總 so2的 0.25%1.25%）催化氧化成 so3。從 scr 脫硝裝置出口到低低溫除塵器沿程 so3質(zhì)量濃度有所下降，該段煙氣流經(jīng)了空預(yù)器，so3會與逃逸的 nh3反應(yīng)生成硫酸氫氨，這是造成空預(yù)器堵塞的主要原因。圖 2 不同工況下各采樣位置 so3質(zhì)量濃度當(dāng)煙氣通過低低溫電除塵器時，煙氣溫度會降低到酸露點以下，煙氣中的 so3會冷凝形成硫酸液滴或者硫酸鹽，這些物質(zhì)會沉積在飛灰表面，最終被電除塵裝置捕集，so3也同時被脫除。海水脫硫裝置進一步脫除 so3，其主要利用了海水中的堿性物

10、質(zhì)吸收 so3，達(dá)到脫硫目的。同時，濕式除塵器也對 so3有一定的脫除作用。不同工況下各裝置so3質(zhì)量濃度降低比例見表 4。煙氣中 so3的整體遷徙轉(zhuǎn)化特性如圖 3 所示。表 4 不同工況下各裝置 so3質(zhì)量濃度降低比例 單位：%圖 3 煙氣中 so3的遷移轉(zhuǎn)化特性從表 4 和圖 3 可以看出，低低溫電除塵器對so3的相對脫除效率最高，當(dāng)煙氣流經(jīng)低低溫電除塵器后，各工況下 so3的相對脫除率均超過 55%。因此，需密切關(guān)注 so3對低低溫電除塵器造成的腐蝕等危害。海水脫硫裝置各工況下對 so3的脫除率在 13%18%，最終剩余少部分 so3在濕式電除塵器中被脫除。經(jīng)過一系列現(xiàn)有的污染物控制裝置

11、后，最終煙氣中的 so3質(zhì)量濃度低于 2 mg/m3（圖 2）。圖 2 不同工況下各采樣位置so3質(zhì)量濃度2.2 scr 脫硝裝置中so3的生成不同工況下 scr 脫硝裝置前后 so3質(zhì)量濃度變化見表 5。從表 5 可見，經(jīng) scr 脫硝裝置后，煙氣中 so3質(zhì)量濃度均有所上升，不同工況下脫硝裝置出口 so3質(zhì)量濃度增加幅度為 113%145%。表 5 不同工況下 scr 脫硝裝置前后 so3質(zhì)量濃度這表明煙氣中部分 so2被 scr 催化劑氧化成了 so3。從試驗結(jié)果來看，scr 脫硝裝置中 so3生成量在一定程度上與機組負(fù)荷相關(guān)。隨著機組負(fù)荷的增加，scr 脫硝裝置入口的煙溫也增加。在 s

12、cr催化劑中對 so2氧化起主要作用的是活性組分v2o5，其通過 v5+與 v4+之間價態(tài)的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對 so2的氧化（式(1)、式(2)）。這一反應(yīng)發(fā)生的溫度通常為 350 。當(dāng)煙氣溫度升高時，其反應(yīng)速率提高，導(dǎo)致催化劑表面 so3轉(zhuǎn)化率增加。2.3 空預(yù)器中 so3與 nh3的轉(zhuǎn)化表 6 為不同工況下空預(yù)器進出口 so3與 nh3含量變化。表 6 不同工況下空預(yù)器進出口 so3和 nh3含量由表 6 可以看出，空預(yù)器進出口煙氣中 so3和nh3含量均出現(xiàn)了不同程度的降低，這表明在空預(yù)器中 so3和 nh3發(fā)生了一定程度的反應(yīng)?？疹A(yù)器入口 so3和 nh3含量越高，空預(yù)器出口 so3和 nh3

13、含量降低程度也會越加明顯，兩者在空預(yù)器中反應(yīng)愈劇烈，由此造成空預(yù)器堵塞的風(fēng)險也越高。另外，由表 6 還可見，相較于低硫煤，高硫煤燃燒會導(dǎo)致空預(yù)器進口 so3質(zhì)量濃度大幅度增加，此時若不嚴(yán)格控制脫硝裝置出口 nh3逃逸量，也會進一步增大空預(yù)器堵塞風(fēng)險。2.4 低低溫電除塵器中 so3的脫除試驗中不同工況下低低溫電除塵器前后的 so3質(zhì)量濃度變化見表 7。由表 7 可以看出，低低溫電除塵器對 so3的脫除率均在 70%以上。表 7 不同工況下低低溫電除塵器前后 so3質(zhì)量濃度表7中試驗結(jié)果顯示，燃用高硫煤種時低低溫電除塵器對so3的脫除效率高于燃用低硫煤種。由表2煤質(zhì)分析結(jié)果可知，高硫煤中灰分比低

14、硫煤高，而灰分增加會使煙氣中飛灰含量增加，這促進了so3與飛灰中堿性物質(zhì)的反應(yīng)程度，從而使得so3更容易被飛灰捕捉而通過電除塵器除去。另一方面，隨著溫度降低，so3也會形成硫酸酸霧，當(dāng)飛灰顆粒物吸附硫酸酸霧后，顆粒物表面會生成一層液膜，這層液膜能夠增強顆粒物之間的茹附性，強化團聚作用，從而進一步提高so3的脫除效果。2.5 海水脫硫裝置中 so3的脫除海水的 p h 值一般為 7.88.3，堿度為 2.0 3.0 mmol/l。由于海水中具有一些氯化物和硫酸鹽，這些物質(zhì)具有酸堿緩沖的作用，因此是很好的 so3吸收劑。試驗中不同工況下海水脫硫裝置前后 so3質(zhì)量濃度變化見表 8。表 8 不同工況

15、下海水脫硫裝置前后 so3質(zhì)量濃度由表 8 可以看出，煙氣經(jīng)過低低溫電除塵器后，煙氣中 so3質(zhì)量濃度不超過 20 mg/m3，再經(jīng)過海水脫硫裝置脫除之后，海水脫硫裝置出口 so3的質(zhì)量濃度均低于 6 mg/m3。雖然海水脫硫裝置入口 so3質(zhì)量濃度不高，但海水脫硫裝置對 so3進一步脫除效率一般能夠達(dá)到 60%70%，且其脫除效率受燃用煤種與機組負(fù)荷的影響不大。需要指出的是，當(dāng)煙氣進入脫硫吸收塔之后，煙氣的溫度降低到酸露點之下，煙氣中的大部分氣態(tài)的 so3會冷凝成 so3液滴。粒徑大于 10 m 的硫酸液滴會被吸收塔中海水吸附，而 0.52.5 m 粒徑的硫酸液滴會形成氣溶膠，其很難被海水脫

16、除。2.6 濕式電除塵器中 so3的脫除不同工況下濕式電除塵器進出口 so3質(zhì)量濃度變化見表 9。由表 9 可見，濕式電除塵器對 so3的脫除效率為 65%87%，且低負(fù)荷下 so3脫除效率高于高負(fù)荷條件下的脫除效率。表 9 不同工況下濕式電除塵器進出口 so3質(zhì)量濃度機組煙氣中 so3經(jīng)過低低溫電除塵器以及海水脫硫裝置后，最終由濕式電除塵器進一步脫除后，最終煙氣中 so3質(zhì)量濃度低于 2 mg/m3。3 結(jié) 論1）某電廠 300 mw 機組環(huán)保設(shè)備中低低溫電除塵器對 so3的相對脫除效率最高，其脫除相對比例可達(dá) 65%；海水脫硫?qū)?so3脫除相對比例約為15%；濕式電除塵器對煙氣中 so3脫除相對比例約為 5%；其余