燃煤電廠SO3排放特征及其脫除技術
摘要：通(tong)過(guo)現場(chang)實測(ce)和文獻(xian)調研相(xiang)結(jie)合(he)(he)的(de)方式，對(dui)目前燃煤(mei)電(dian)(dian)廠SO3排放特征進行(xing)較全面的(de)表(biao)征，排放濃(nong)度(du)為(wei)(wei)(wei)0.3~22.7mg·m-3，按(an)10mg·m-3和5mg·m-3排放限(xian)值考核，達標率(lv)分(fen)別為(wei)(wei)(wei)89.8%、66.7%。對(dui)現有除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)、脫(tuo)(tuo)(tuo)硫設備及新(xin)技(ji)(ji)術(shu)的(de)SO3脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)能力進行(xing)定(ding)量分(fen)析(xi)，常規電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器(qi)(qi)對(dui)SO3脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)僅為(wei)(wei)(wei)10%~20%；低低溫電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)技(ji)(ji)術(shu)可(ke)達95%以(yi)上(shang)；電(dian)(dian)袋復合(he)(he)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器(qi)(qi)可(ke)達80%以(yi)上(shang)；常規石灰(hui)石石膏濕法(fa)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫技(ji)(ji)術(shu)多在30%~60%，采用旋(xuan)匯(hui)耦合(he)(he)、雙托盤等(deng)技(ji)(ji)術(shu)后，SO3脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)可(ke)達90%以(yi)上(shang)；金屬(shu)板式濕式電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器(qi)(qi)多在50%~80%，導電(dian)(dian)玻鋼管式濕式電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器(qi)(qi)多在60%~90%；堿基干粉或溶液噴射技(ji)(ji)術(shu)均可(ke)達到80%以(yi)上(shang)的(de)SO3脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)效果(guo)；煙氣冷凝(ning)相(xiang)變凝(ning)聚技(ji)(ji)術(shu)在消除(chu)(chu)(chu)(chu)有色煙羽的(de)同時(shi)，也具有一(yi)定(ding)的(de)SO3脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)效果(guo)。根據不(bu)同SO3脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)技(ji)(ji)術(shu)對(dui)比結(jie)果(guo)，堿基噴射技(ji)(ji)術(shu)不(bu)僅可(ke)以(yi)實現較高SO3脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)效果(guo)，還可(ke)有效解決(jue)空預器(qi)(qi)的(de)腐(fu)蝕、堵塞等(deng)問題(ti)，將是未來解決(jue)高濃(nong)度(du)SO3問題(ti)的(de)主(zhu)流技(ji)(ji)術(shu)方向。
燃煤電廠煙氣“超低排(pai)(pai)放(fang)”全(quan)面實(shi)施以來，常規大(da)氣污染(ran)(ran)物（如顆粒物、SO2、NOx等(deng)）的排(pai)(pai)放(fang)已(yi)經得到(dao)(dao)了(le)有效控(kong)制，2016年(nian)中(zhong)國(guo)火(huo)電廠顆粒物、SO2、NOx排(pai)(pai)放(fang)量分別為35萬(wan)(wan)、170萬(wan)(wan)、155萬(wan)(wan)t，約占(zhan)2006年(nian)排(pai)(pai)放(fang)量的10%、13%、14%，相應的治理技術及技術路線也達到(dao)(dao)了(le)較(jiao)高水平，城市(shi)霧霾(mai)天數，尤其是(shi)重霧霾(mai)天數已(yi)呈減少趨勢，但對(dui)SO3等(deng)非(fei)常規污染(ran)(ran)物的排(pai)(pai)放(fang)尚未采取(qu)針對(dui)性的控(kong)制措施。
燃煤(mei)(mei)電(dian)廠(chang)(chang)煙氣(qi)中的(de)(de)SO3主要(yao)(yao)來源(yuan)于煤(mei)(mei)中的(de)(de)硫(liu)，在(zai)爐膛內及爐膛出(chu)口(kou)的(de)(de)高(gao)溫(wen)煙氣(qi)中，煤(mei)(mei)燃燒生成的(de)(de)SO2會有一部分（約0.5%~2.5%）轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)為SO3，SCR催化(hua)(hua)劑也(ye)會促進部分SO2氧(yang)化(hua)(hua)成SO3，其轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)率(lv)(lv)約0.5%~1.5%，現階段對(dui)催化(hua)(hua)劑使(shi)用(yong)，一般要(yao)(yao)求轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)率(lv)(lv)控制(zhi)(zhi)在(zai)1%以內。SO3的(de)(de)危害(hai)性(xing)遠(yuan)遠(yuan)大(da)于SO2，不僅(jin)會引起后續設(she)備(bei)腐蝕，形(xing)成硫(liu)酸氫銨，造成設(she)備(bei)堵(du)塞，還是(shi)電(dian)廠(chang)(chang)有色煙雨（如藍煙/黃煙）的(de)(de)主要(yao)(yao)誘因(yin)之一，是(shi)酸雨形(xing)成的(de)(de)主要(yao)(yao)原因(yin)，也(ye)是(shi)大(da)氣(qi)二(er)次氣(qi)溶(rong)膠的(de)(de)重要(yao)(yao)組成（二(er)次氣(qi)溶(rong)膠對(dui)中國大(da)氣(qi)環境(jing)PM2.5貢獻(xian)率(lv)(lv)達30%~77%）。因(yin)此(ci)，摸(mo)清現階段中國燃煤(mei)(mei)電(dian)廠(chang)(chang)的(de)(de)SO3排放(fang)(fang)特(te)征，并采取針對(dui)性(xing)的(de)(de)控制(zhi)(zhi)措(cuo)施，是(shi)非常(chang)有必要(yao)(yao)的(de)(de)。本(ben)研究通(tong)過現場(chang)實測和文獻(xian)調研相結(jie)合的(de)(de)方式，對(dui)目前燃煤(mei)(mei)電(dian)廠(chang)(chang)SO3排放(fang)(fang)特(te)征及控制(zhi)(zhi)技術進行研究，對(dui)未來燃煤(mei)(mei)電(dian)廠(chang)(chang)的(de)(de)SO3控制(zhi)(zhi)技術選取提供借鑒。
1國內外燃煤電廠SO3排放限值要求
為解(jie)決SO3污染問題(ti)，美國已有22個州對燃(ran)煤(mei)電廠SO3提出了(le)排(pai)放(fang)限(xian)(xian)值(zhi)要求，其中有14個州的排(pai)放(fang)限(xian)(xian)值(zhi)低于6mg·m-3，弗羅里達州最(zui)為嚴格(ge)，排(pai)放(fang)限(xian)(xian)值(zhi)為0.6mg·m-3。德國規(gui)定燃(ran)煤(mei)電廠的SOx排(pai)放(fang)限(xian)(xian)值(zhi)為50mg·m-3。日本將硫(liu)酸(suan)霧(wu)作為顆粒物，按顆粒物的總(zong)量進行控(kong)制。新加坡規(gui)定固定源SO3排(pai)放(fang)標準(zhun)為10mg·m-3。
在2015年(nian)，上(shang)(shang)海市(shi)(shi)發(fa)(fa)(fa)布(bu)(bu)地方(fang)標(biao)準(zhun)《大氣(qi)(qi)污染(ran)(ran)綜合排(pai)(pai)放(fang)標(biao)準(zhun)》（DB31/933-2015），規定硫酸(suan)霧排(pai)(pai)放(fang)限值為5mg·m-3。近(jin)年(nian)來，部分地方(fang)政(zheng)府陸續發(fa)(fa)(fa)布(bu)(bu)了燃煤(mei)電(dian)廠(chang)有色(se)煙羽的(de)控制要求(qiu)，如2017年(nian)上(shang)(shang)海市(shi)(shi)發(fa)(fa)(fa)布(bu)(bu)《上(shang)(shang)海市(shi)(shi)燃煤(mei)電(dian)廠(chang)石(shi)膏雨(yu)和(he)有色(se)煙羽測試技術要求(qiu)（試行）》、2018年(nian)浙江省發(fa)(fa)(fa)布(bu)(bu)《燃煤(mei)電(dian)廠(chang)大氣(qi)(qi)污染(ran)(ran)物排(pai)(pai)放(fang)標(biao)準(zhun)》（DB33/2147-2018）等(deng)。
2燃煤電廠SO3排放特征
通過現場實(shi)測和文(wen)獻(xian)調(diao)研(yan)(yan)相結合的(de)(de)(de)方式，搜集(ji)燃(ran)(ran)煤電廠SO3排(pai)放(fang)(fang)數(shu)(shu)(shu)據(ju)，剔除部分不完整及明顯不合理的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)，共(gong)整理得到(dao)有(you)(you)效的(de)(de)(de)燃(ran)(ran)煤電廠SO3排(pai)放(fang)(fang)質量(liang)濃(nong)度數(shu)(shu)(shu)據(ju)108組，其中，循環流化(hua)床(chuang)干法脫(tuo)硫(liu)、海水脫(tuo)硫(liu)出口(kou)排(pai)放(fang)(fang)的(de)(de)(de)SO3質量(liang)濃(nong)度數(shu)(shu)(shu)據(ju)分別有(you)(you)2組、4組（文(wen)獻(xian)調(diao)研(yan)(yan)數(shu)(shu)(shu)據(ju)），濕法脫(tuo)硫(liu)出口(kou)排(pai)放(fang)(fang)的(de)(de)(de)SO3質量(liang)濃(nong)度數(shu)(shu)(shu)據(ju)19組（實(shi)測4組，文(wen)獻(xian)調(diao)研(yan)(yan)15組），濕式電除塵器出口(kou)排(pai)放(fang)(fang)的(de)(de)(de)SO3質量(liang)濃(nong)度數(shu)(shu)(shu)據(ju)83組（實(shi)測54組，文(wen)獻(xian)調(diao)研(yan)(yan)29組），燃(ran)(ran)煤電廠SO3排(pai)放(fang)(fang)數(shu)(shu)(shu)據(ju)統計(ji)如圖1所示。
燃煤電廠SO3排(pai)放質量(liang)濃(nong)度的(de)(de)(de)測定，采(cai)用(yong)控(kong)制(zhi)冷(leng)(leng)凝(ning)法進(jin)行采(cai)樣(yang)，如(ru)圖(tu)(tu)2（a）所(suo)示。采(cai)樣(yang)方法符合(he)GB/T21508-2008、DL/T998-2006的(de)(de)(de)規定；當(dang)SO3濃(nong)度較低，尤其(qi)是前級(ji)干式電除塵器(qi)為(wei)低低溫(wen)電除塵器(qi)時，采(cai)樣(yang)方法采(cai)用(yong)控(kong)制(zhi)冷(leng)(leng)凝(ning)+80%異丙(bing)醇(chun)吸收法，如(ru)圖(tu)(tu)2（b）所(suo)示。此時可最大限度的(de)(de)(de)保(bao)證SO3的(de)(de)(de)完全捕集(ji)(ji)，部分電廠實測過(guo)程中不同(tong)單(dan)元捕集(ji)(ji)到(dao)的(de)(de)(de)SO3比(bi)例如(ru)圖(tu)(tu)3所(suo)示。與常規的(de)(de)(de)單(dan)級(ji)冷(leng)(leng)凝(ning)盤(pan)管(guan)采(cai)樣(yang)方法相比(bi)，數據(ju)準確(que)度可大幅提高。采(cai)用(yong)自(zi)制(zhi)的(de)(de)(de)垂直式或水(shui)平式冷(leng)(leng)凝(ning)盤(pan)管(guan)進(jin)行SO3收集(ji)(ji)，采(cai)樣(yang)槍(qiang)為(wei)ZR-D03A高溫(wen)采(cai)樣(yang)槍(qiang)，抽(chou)氣(qi)泵為(wei)嶗(lao)應3012H，冷(leng)(leng)凝(ning)盤(pan)管(guan)采(cai)用(yong)去離(li)子(zi)(zi)水(shui)進(jin)行清洗，去離(li)子(zi)(zi)水(shui)或異丙(bing)醇(chun)中的(de)(de)(de)硫(liu)酸根(gen)濃(nong)度采(cai)用(yong)DR6000分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度計進(jin)行測定。
由圖1可(ke)知，燃煤(mei)電廠SO3排(pai)放濃度中(zhong)，干法脫硫(liu)、石灰(hui)石石膏濕法脫硫(liu)（WFGD）、濕式電除塵器（WESP）出口排(pai)放分(fen)(fen)別為(wei)(wei)(wei)2.3~10.4、2.0~22.7和0.3~14.8mg·m-3，平(ping)均值(zhi)分(fen)(fen)別為(wei)(wei)(wei)6.4、8.6、4.2mg·m-3。如按10mg·m-3的(de)(de)排(pai)放限(xian)值(zhi)，調研的(de)(de)電廠中(zhong)將有(you)89.8%的(de)(de)是(shi)達(da)標的(de)(de)，其中(zhong)末(mo)端(duan)環保(bao)設備(bei)(bei)為(wei)(wei)(wei)WFGD的(de)(de)達(da)標率(lv)為(wei)(wei)(wei)78.9%，末(mo)端(duan)環保(bao)設備(bei)(bei)為(wei)(wei)(wei)WESP的(de)(de)達(da)標率(lv)為(wei)(wei)(wei)97.6%；如按5mg·m-3的(de)(de)排(pai)放限(xian)值(zhi)，調研的(de)(de)電廠中(zhong)將有(you)66.7%的(de)(de)是(shi)達(da)標的(de)(de)，其中(zhong)末(mo)端(duan)環保(bao)設備(bei)(bei)為(wei)(wei)(wei)WFGD的(de)(de)達(da)標率(lv)為(wei)(wei)(wei)57.9%，末(mo)端(duan)環保(bao)設備(bei)(bei)為(wei)(wei)(wei)WESP的(de)(de)達(da)標率(lv)為(wei)(wei)(wei)72.3%。
圖1燃煤電廠SO3排(pai)放數(shu)據統計
圖2SO3采(cai)樣系統
圖(tu)3各單元捕集的SO3數據占比
3現有除塵及脫硫設備的SO3脫除能力
3.1干(gan)式(shi)除塵設備對SO3的脫除能力
3.1.1常規干(gan)式電(dian)除塵(chen)技術
常規干(gan)式電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器入(ru)口(kou)煙(yan)氣(qi)溫度一(yi)般在120~130℃，高(gao)于煙(yan)氣(qi)的酸露點溫度，但燃煤(mei)飛灰具有(you)一(yi)定(ding)(ding)的吸附作用，也會(hui)吸附部分SO3，其附著在飛灰顆粒表面或縫隙內被電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器收集下來(lai)。相關研究表明，常規電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器對(dui)SO3的脫除(chu)(chu)(chu)(chu)率較低，約為10%~15%，如圖(tu)4所(suo)示(shi)。采用圖(tu)2（b）所(suo)示(shi)的SO3采樣系統，基于50000m3·h-1實(shi)際煙(yan)氣(qi)中試(shi)實(shi)驗系統，測定(ding)(ding)電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器入(ru)口(kou)煙(yan)溫，當煙(yan)溫為130℃時，電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器對(dui)SO3的脫除(chu)(chu)(chu)(chu)率為22.8%，如圖(tu)4所(suo)示(shi)。常規干(gan)式電(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)器對(dui)SO3的脫除(chu)(chu)(chu)(chu)能力(li)很有(you)限(xian)。
圖4常規(gui)干式電除(chu)塵器(qi)對SO3的脫除(chu)率
3.1.2低低溫電除塵系統
低(di)(di)低(di)(di)溫(wen)電(dian)(dian)除塵(chen)系(xi)(xi)統通過煙氣(qi)(qi)(qi)冷卻(que)器(qi)(qi)(qi)降(jiang)低(di)(di)電(dian)(dian)除塵(chen)器(qi)(qi)(qi)入口煙氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)度至酸(suan)(suan)露(lu)點以(yi)(yi)下，一般在（90±5）℃，此時(shi)，煙氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)大部(bu)分(fen)SO3會在煙氣(qi)(qi)(qi)冷卻(que)器(qi)(qi)(qi)中(zhong)凝(ning)(ning)結，并(bing)吸附在粉塵(chen)表面，有效(xiao)促(cu)進(jin)顆粒團聚，并(bing)使粉塵(chen)性質發生很大變化，大幅提高(gao)除塵(chen)效(xiao)率，同時(shi)去除大部(bu)分(fen)的(de)(de)SO3。低(di)(di)低(di)(di)溫(wen)電(dian)(dian)除塵(chen)系(xi)(xi)統中(zhong)SO3冷凝(ning)(ning)吸附及顆粒團聚機(ji)制(zhi)如圖(tu)5所示(shi)。經測定，某660MW機(ji)組低(di)(di)低(di)(di)溫(wen)電(dian)(dian)除塵(chen)系(xi)(xi)統煙氣(qi)(qi)(qi)冷卻(que)器(qi)(qi)(qi)投運前后電(dian)(dian)除塵(chen)器(qi)(qi)(qi)入口、電(dian)(dian)除塵(chen)器(qi)(qi)(qi)第1電(dian)(dian)場(chang)、第2電(dian)(dian)場(chang)飛(fei)灰中(zhong)的(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)根含量(liang)如圖(tu)6所示(shi)。煙氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)度降(jiang)至酸(suan)(suan)露(lu)點以(yi)(yi)后，飛(fei)灰中(zhong)的(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)根含量(liang)均(jun)有不(bu)同程(cheng)度的(de)(de)增加，對圖(tu)5的(de)(de)SO3冷凝(ning)(ning)吸附機(ji)制(zhi)進(jin)行了有效(xiao)驗證。
圖5SO3冷凝吸(xi)附及(ji)顆粒團聚(ju)機制
圖6飛灰中(zhong)硫酸根(gen)質量分數(shu)
低(di)低(di)溫(wen)電除(chu)(chu)塵技術(shu)最早應用于日本，其(qi)對SO3的脫(tuo)(tuo)除(chu)(chu)率(lv)(lv)一般在(zai)80%以上，最高(gao)可(ke)達90%以上。采用圖(tu)2所示(shi)的SO3采樣系(xi)(xi)統(tong)(tong)，分(fen)別(bie)對某600MW機(ji)組設計煤(mei)(mei)種(zhong)（ESP入(ru)口(kou)煙溫(wen)90℃）、600MW機(ji)組校(xiao)核煤(mei)(mei)種(zhong)（ESP入(ru)口(kou)煙溫(wen)90℃）、1000MW機(ji)組（ESP入(ru)口(kou)煙溫(wen)95℃）、某50000m3·h-1實(shi)(shi)際煙氣(qi)中(zhong)試實(shi)(shi)驗系(xi)(xi)統(tong)(tong)、660MW機(ji)組（ESP入(ru)口(kou)煙溫(wen)90℃）進行現場(chang)實(shi)(shi)測，分(fen)別(bie)測定煙氣(qi)冷(leng)卻器(qi)入(ru)口(kou)及電除(chu)(chu)塵器(qi)出口(kou)SO3質(zhi)量(liang)濃度，并計算其(qi)SO3脫(tuo)(tuo)除(chu)(chu)率(lv)(lv)，如圖(tu)7所示(shi)。低(di)低(di)溫(wen)電除(chu)(chu)塵系(xi)(xi)統(tong)(tong)對SO3具有很高(gao)的脫(tuo)(tuo)除(chu)(chu)能力(li)，脫(tuo)(tuo)除(chu)(chu)效率(lv)(lv)在(zai)69.1%~96.6%。
圖(tu)7低低溫電除塵系統對SO3的脫(tuo)除率
3.1.3電袋復合除塵器
研(yan)究(jiu)表(biao)明，當煙氣(qi)溫度降至160℃以(yi)下時(shi)，煙氣(qi)中(zhong)SO3將(jiang)大部分以(yi)H2SO4的(de)(de)形式存(cun)在。在電(dian)袋復(fu)(fu)合(he)除(chu)塵(chen)器中(zhong)，后(hou)級袋區的(de)(de)濾(lv)袋表(biao)面會沉積一層粉(fen)(fen)餅層，顆(ke)粒的(de)(de)粒徑相對(dui)較小，相同(tong)厚度的(de)(de)粉(fen)(fen)餅層具有更多的(de)(de)吸附(fu)比表(biao)面積，當SO3及(ji)氣(qi)態(tai)H2SO4通過帶有粉(fen)(fen)餅層的(de)(de)濾(lv)袋時(shi)，會被粉(fen)(fen)餅層有效吸附(fu)，且飛灰中(zhong)富含Na2O、K2O、CaO等堿性(xing)物質，可(ke)與(yu)其反(fan)應生成穩定的(de)(de)硫酸(suan)鹽，防(fang)止SO3再次脫附(fu)。粉(fen)(fen)餅層對(dui)SO3的(de)(de)吸附(fu)機制如(ru)圖(tu)8所(suo)(suo)示。根據相關研(yan)究(jiu)，國內超低排放實施以(yi)后(hou)投運的(de)(de)電(dian)袋復(fu)(fu)合(he)除(chu)塵(chen)器對(dui)SO3的(de)(de)脫除(chu)率可(ke)達(da)80%以(yi)上，如(ru)圖(tu)9所(suo)(suo)示。
圖8SO3吸(xi)附(fu)機(ji)制
圖9電袋復合除塵器對SO3的(de)脫除率
3.2石灰石石膏濕法脫(tuo)(tuo)硫(liu)對SO3的脫(tuo)(tuo)除能力
濕法(fa)脫(tuo)硫(liu)主要用于脫(tuo)除(chu)SO2，其脫(tuo)除(chu)率(lv)可(ke)到99%。濕法(fa)脫(tuo)硫(liu)入口煙氣(qi)溫度一(yi)般(ban)在(zai)45~55℃，此時(shi)SO3是以硫(liu)酸氣(qi)溶膠(jiao)顆(ke)粒的(de)(de)形(xing)式存在(zai)，且粒徑(jing)一(yi)般(ban)在(zai)納(na)米(mi)級。脫(tuo)硫(liu)漿(jiang)液與(yu)硫(liu)酸氣(qi)溶膠(jiao)顆(ke)粒之間的(de)(de)傳(chuan)質作用主要依靠慣性碰撞(zhuang)、布朗擴(kuo)散、重(zhong)力沉(chen)降(jiang)、電泳(yong)(yong)、熱泳(yong)(yong)等(deng)作用實現(xian)，而(er)對于納(na)米(mi)級的(de)(de)硫(liu)酸氣(qi)溶膠(jiao)顆(ke)粒而(er)言，其斯(si)托克斯(si)數很小（<<1），很容易(yi)沿(yan)氣(qi)流(liu)繞過(guo)漿(jiang)液滴后(hou)逃逸，此時(shi)，布朗擴(kuo)散是氣(qi)溶膠(jiao)顆(ke)粒的(de)(de)主要傳(chuan)質方式，其傳(chuan)質速率(lv)很慢，如(ru)圖10所示，因(yin)此，濕法(fa)脫(tuo)硫(liu)對SO3的(de)(de)脫(tuo)除(chu)率(lv)并不高。
圖10漿(jiang)液滴對SO3捕集機(ji)制
根據圖1中實(shi)測及文(wen)(wen)獻調(diao)研數據，并結合(he)(he)其他文(wen)(wen)獻中述及的(de)相關數據，共整理得到有(you)效數據40組，其中，常規石(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)石(shi)(shi)膏(gao)濕(shi)法(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)(liu)技(ji)(ji)術(shu)數據26組，采(cai)用旋匯(hui)耦合(he)(he)、雙托盤等濕(shi)法(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)(liu)新技(ji)(ji)術(shu)的(de)14組，如(ru)圖11所示。常規石(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)石(shi)(shi)膏(gao)濕(shi)法(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)(liu)技(ji)(ji)術(shu)對SO3脫(tuo)除率并不高(gao)，一般在10%~70%，且絕大部分在30%~60%。采(cai)用旋匯(hui)耦合(he)(he)、雙托盤等濕(shi)法(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)(liu)新技(ji)(ji)術(shu)后，延長了石(shi)(shi)膏(gao)漿液與硫(liu)(liu)酸(suan)氣溶(rong)膠(jiao)的(de)接觸面積接觸時間(jian)，SO3脫(tuo)除率得以(yi)明顯提升，最高(gao)可(ke)達到91.7%。
圖11石灰(hui)石石膏(gao)濕(shi)法脫硫對SO3的脫除率(lv)
3.3濕式電除塵器對SO3的脫除能(neng)力
SO3在(zai)濕(shi)電(dian)(dian)場(chang)中(zhong)以硫酸(suan)氣(qi)溶膠顆(ke)粒(li)的(de)形(xing)式存在(zai)，其脫除(chu)及與顆(ke)粒(li)團聚機制(zhi)如圖12所(suo)示。濕(shi)電(dian)(dian)場(chang)中(zhong)SO3脫除(chu)與濕(shi)電(dian)(dian)場(chang)的(de)電(dian)(dian)場(chang)參數密切相關，相關實驗研究表(biao)明，濕(shi)式電(dian)(dian)除(chu)塵器前預荷電(dian)(dian)裝置的(de)供電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓從0kV提高到(dao)16kV，濕(shi)電(dian)(dian)場(chang)對SO3的(de)脫除(chu)率可從27.9%提高到(dao)82.4%，但硫酸(suan)溶膠顆(ke)粒(li)粒(li)徑非常小，大部分處在(zai)納米級，因此(ci)，當SO3濃度過高時，反倒會引起(qi)濕(shi)電(dian)(dian)場(chang)的(de)電(dian)(dian)源運行參數下降。
圖12濕(shi)電場中SO3脫除及(ji)顆粒團聚機(ji)制
根據圖1中實測及文獻調研數據，共整理得到有SO3脫除率的數據69組，其中，金屬板式濕式電除塵器數據34組，導電玻璃鋼管式濕式電除塵器數據35組，如圖13所示。濕式電除塵器對SO3的脫除率較高，多在50%~90%，其中，金屬板式濕式電除塵器多在50%~80%，導電玻鋼濕式電除塵器為非連續噴淋，在實際運行過程中，電源參數可以升到更高，因此，其對SO3脫除率也更高，多在60%~90%，最高可達到91.8%。
圖13濕式電除(chu)塵(chen)器對SO3的脫除(chu)率
4SO3脫除新技術
4.1堿基(ji)噴射脫除SO3技術(shu)
4.1.1堿基干粉噴(pen)射脫除SO3技術
堿(jian)基(ji)干(gan)粉(fen)噴射(she)脫(tuo)除(chu)SO3技術屬于非催(cui)化氣(qi)固反(fan)(fan)應(ying)機制，如(ru)圖14所示。堿(jian)基(ji)干(gan)粉(fen)顆粒(li)對(dui)氣(qi)態SO3的(de)捕集可(ke)分為外擴散(san)、界面反(fan)(fan)應(ying)和內(nei)擴散(san)3個過(guo)程(cheng)，因此(ci)，提高(gao)堿(jian)基(ji)對(dui)SO3脫(tuo)除(chu)率(lv)關鍵在(zai)于提高(gao)干(gan)粉(fen)在(zai)煙氣(qi)中分布的(de)均勻性(xing)、提高(gao)固體(ti)顆粒(li)對(dui)SO3的(de)吸附(fu)和化學反(fan)(fan)應(ying)能力、提高(gao)反(fan)(fan)應(ying)產物的(de)穩定性(xing)等。
圖14氣固反(fan)應機制(zhi)
堿基干粉的(de)噴射位(wei)置一般布置在(zai)SCR脫(tuo)硝裝置前后，典(dian)型的(de)工藝(yi)流程(cheng)如圖(tu)15所示(shi)，在(zai)空預器(qi)前實現SO3高(gao)效脫(tuo)除，可有(you)效防止空預器(qi)ABS（硫酸氫銨）堵(du)塞及(ji)下游設備腐蝕。
圖15堿基干粉噴射(she)工藝流程圖
目前(qian)，用于(yu)脫除(chu)煙氣中SO3的(de)(de)堿基(ji)干粉主(zhu)要(yao)(yao)(yao)有(you)(you)鈉(na)(na)基(ji)、鈣基(ji)和鎂(mei)(mei)基(ji)等，根(gen)據化學(xue)反應的(de)(de)強弱(ruo)及反應產(chan)物的(de)(de)穩定性，對SO3的(de)(de)脫除(chu)能(neng)力為(wei)鈉(na)(na)基(ji)＞鈣基(ji)＞鎂(mei)(mei)基(ji)。鈉(na)(na)基(ji)主(zhu)要(yao)(yao)(yao)有(you)(you)NaOH、NaHCO3、Na2CO3、NaHSO3、Na2SO3等，NaOH成本(ben)太高，不宜大量用于(yu)廢氣治理，NaHCO3可在(zai)100℃左右分解成Na2CO3、CO2、H2O，增加了比(bi)表面積，反應速率也大幅(fu)提高，但當溫(wen)度超過180℃后(hou)會發生燒結，反應速率下降，與直接(jie)使用Na2CO3效果相當；鈣基(ji)主(zhu)要(yao)(yao)(yao)有(you)(you)Ca(OH)2、CaO、CaCO3等，且(qie)在(zai)300℃~400℃，對SO3的(de)(de)脫除(chu)能(neng)力為(wei)Ca(OH)2＞CaCO3＞CaO；鎂(mei)(mei)基(ji)主(zhu)要(yao)(yao)(yao)有(you)(you)Mg(OH)2、MgO等，且(qie)在(zai)350℃~400℃，對SO3的(de)(de)脫除(chu)能(neng)力為(wei)Mg(OH)2＞MgO。
目前，國(guo)內大唐托克托電(dian)廠采(cai)用(yong)Ca(OH)2干粉(fen)(fen)作為吸(xi)收(shou)劑，堿(jian)硫(liu)比4:1時，脫除率約40%；大唐信陽電(dian)廠采(cai)用(yong)Na2CO3干粉(fen)(fen)作為吸(xi)收(shou)劑；婁(lou)彤(tong)等(deng)基于某1000MW機組空預器(qi)出口引(yin)出旁路煙氣的中試平臺(tai)，開展Ca(OH)2干粉(fen)(fen)噴射脫除SO3實驗研究(jiu)，堿(jian)硫(liu)比1:1時，Ca(OH)2干粉(fen)(fen)噴射+袋(dai)式除塵器(qi)的SO3脫除率可達(da)88.78%。
4.1.2堿基溶(rong)液噴(pen)射脫除(chu)SO3技(ji)術
堿(jian)基(ji)(ji)溶(rong)液噴射(she)(she)脫除SO3機理主(zhu)要分(fen)為(wei)蒸(zheng)發結(jie)晶(jing)段和(he)氣(qi)固反應段，堿(jian)基(ji)(ji)溶(rong)液經過雙(shuang)流體噴槍(qiang)霧(wu)化(hua)后噴入高溫(wen)煙(yan)氣(qi)，溶(rong)液在(zai)(zai)很短的時間內（＜0.1s）就會蒸(zheng)發結(jie)晶(jing)，形成(cheng)細小的堿(jian)基(ji)(ji)顆粒(li)(li)，并與氣(qi)態SO3發生氣(qi)固反應。蒸(zheng)發結(jie)晶(jing)生成(cheng)的顆粒(li)(li)粒(li)(li)徑更(geng)細，且(qie)溶(rong)液噴射(she)(she)較干粉噴射(she)(she)更(geng)容易實現在(zai)(zai)煙(yan)氣(qi)內擴散的均勻性(xing)，因(yin)此，在(zai)(zai)相同(tong)的堿(jian)硫(liu)比條(tiao)件下(xia)，堿(jian)基(ji)(ji)溶(rong)液噴射(she)(she)脫除SO3的效(xiao)果要優于干粉。
堿基溶液的噴射(she)位置同干(gan)粉，典型的工(gong)藝(yi)流程如(ru)圖16所示。
圖16堿基溶液噴射工(gong)藝流程圖
目前，堿(jian)基溶液(ye)噴射普遍(bian)采用Na2CO3溶液(ye)。相關(guan)實驗研究表明，采用Na2CO3溶液(ye)噴射，當堿(jian)硫(liu)比4:1、停留(liu)時間3.66s時，SO3脫除(chu)率(lv)可達96.4%；目前，國內諫(jian)壁電廠8號(hao)機組采用Na2CO3溶液(ye)作為吸收劑，堿(jian)硫(liu)比1.7~1.9時，脫除(chu)率(lv)約(yue)80%。
4.1.3堿基干粉和(he)溶液噴(pen)射技術對(dui)比
對堿基干粉和溶液噴射脫(tuo)除SO3技術進行技術經(jing)濟性對比(bi)，對比(bi)結果如表(biao)1所示。
表1堿基干(gan)粉和溶(rong)液噴射(she)技術對比
4.2煙(yan)氣冷凝相變凝聚脫除(chu)SO3技術
煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)冷(leng)凝相變裝置(zhi)(zhi)(zhi)一(yi)(yi)般布置(zhi)(zhi)(zhi)在(zai)濕法(fa)脫硫裝置(zhi)(zhi)(zhi)后，利用氟(fu)塑(su)料(liao)或鈦管(guan)等(deng)進行換(huan)熱降(jiang)(jiang)低煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)度(du)，工(gong)作原(yuan)理如圖17所示。濕法(fa)脫硫出口煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)為飽(bao)和濕煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)，降(jiang)(jiang)溫(wen)過(guo)程(cheng)(cheng)中實現(xian)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)中水(shui)(shui)蒸氣(qi)(qi)(qi)的(de)冷(leng)凝，且凝結過(guo)程(cheng)(cheng)屬于(yu)非均相成核(he)過(guo)程(cheng)(cheng)，會(hui)優先在(zai)酸霧氣(qi)(qi)(qi)溶膠等(deng)細顆(ke)(ke)粒(li)物表面(mian)核(he)化、生長，促進細顆(ke)(ke)粒(li)物的(de)成長。且凝聚器(qi)(qi)內布置(zhi)(zhi)(zhi)較多(duo)換(huan)熱管(guan)束(shu)，對流(liu)場(chang)起到擾流(liu)作用，在(zai)流(liu)場(chang)拽力(li)、換(huan)熱斷(duan)面(mian)非均勻(yun)溫(wen)度(du)場(chang)的(de)溫(wen)度(du)梯度(du)力(li)等(deng)多(duo)場(chang)力(li)作用下，顆(ke)(ke)粒(li)物間、液(ye)滴(di)間及(ji)顆(ke)(ke)粒(li)與液(ye)滴(di)間發(fa)生明顯(xian)的(de)速度(du)或方向差異而(er)發(fa)生碰撞(zhuang)，鑒于(yu)顆(ke)(ke)粒(li)被(bei)液(ye)膜包裹(guo)，顆(ke)(ke)粒(li)間一(yi)(yi)旦接觸，會(hui)被(bei)液(ye)橋力(li)“拉攏”到一(yi)(yi)起，團聚成更大粒(li)徑顆(ke)(ke)粒(li)，繼而(er)被(bei)后續(xu)管(guan)壁上的(de)自流(liu)液(ye)膜或高效(xiao)除霧器(qi)(qi)脫除，從而(er)實現(xian)脫除SO3+除塵+收水(shui)(shui)+余(yu)熱回收等(deng)多(duo)重功能。
圖17相(xiang)變凝聚器（PCA）工作(zuo)原理下(xia)載原圖
采用(yong)氟塑料管作為(wei)換(huan)熱管束(shu)的(de)(de)煙(yan)(yan)(yan)氣冷凝(ning)相(xiang)變技術(shu)已在(zai)浙江某280t·h-1機(ji)(ji)組、江蘇(su)某630MW機(ji)(ji)組、上(shang)海某1000MW機(ji)(ji)組實現工程應用(yong)，煙(yan)(yan)(yan)氣溫(wen)度(du)分(fen)別從54℃降至51℃、53.7℃降至52.2℃、53.1℃降至47.8℃，對(dui)應的(de)(de)SO3脫(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)如(ru)圖(tu)(tu)18所(suo)示。280t·h-1機(ji)(ji)組相(xiang)變凝(ning)聚器對(dui)SO3的(de)(de)脫(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)效(xiao)率(lv)為(wei)19.29%，其出口SO3濃(nong)度(du)為(wei)2.84mg·m-3，且降溫(wen)后有色煙(yan)(yan)(yan)羽減排效(xiao)果顯(xian)著，如(ru)圖(tu)(tu)19所(suo)示；630MW機(ji)(ji)組相(xiang)變凝(ning)聚器與濕式電除(chu)(chu)(chu)(chu)塵器耦合使(shi)(shi)用(yong)時，出口SO3濃(nong)度(du)為(wei)7.4mg·m-3，對(dui)SO3的(de)(de)脫(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)效(xiao)率(lv)達(da)90%，比濕式電除(chu)(chu)(chu)(chu)塵器單獨使(shi)(shi)用(yong)時提高了25%；1000MW機(ji)(ji)組相(xiang)變凝(ning)聚器與除(chu)(chu)(chu)(chu)霧器耦合使(shi)(shi)用(yong)時，出口SO3濃(nong)度(du)為(wei)1.6mg·m-3，對(dui)SO3的(de)(de)脫(tuo)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)為(wei)75.8%，除(chu)(chu)(chu)(chu)霧器單獨使(shi)(shi)用(yong)時提高了21.3%。
圖18相變凝聚(ju)器對SO3的(de)脫除率
圖19煙(yan)囪排放視覺效果圖
5SO3脫除技術比較
SO3脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)技(ji)術(shu)的布置位置、脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)能力(li)、影響因素、存在問題等(deng)的對比結果如表2所(suo)示。根據脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)機理不(bu)同，可大致分為物理脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)方(fang)(fang)法(fa)和化學(xue)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)方(fang)(fang)法(fa)2種，其中，堿基(ji)噴射技(ji)術(shu)主(zhu)要靠堿性物質(zhi)與SO3化學(xue)反(fan)應進行(xing)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)，其他(ta)技(ji)術(shu)主(zhu)要靠電捕集(ji)、慣性捕集(ji)、過濾(lv)等(deng)物理方(fang)(fang)法(fa)。
燃煤電(dian)(dian)廠(chang)現有設備中，低低溫(wen)電(dian)(dian)除塵器(qi)(qi)、電(dian)(dian)袋復合除塵器(qi)(qi)、濕式電(dian)(dian)除塵器(qi)(qi)及采用新技術的(de)濕法脫(tuo)硫裝(zhuang)置(zhi)均具有較高的(de)SO3脫(tuo)除能力，但卻不能解決(jue)高濃度(du)SO3對(dui)前級設備，尤其(qi)是空預器(qi)(qi)的(de)腐蝕、堵塞等問題。
煙氣冷凝(ning)相變凝(ning)聚裝置的(de)SO3脫除能(neng)力有限，需要與高效除霧器或濕式電除塵器組合使用，而且同樣不能(neng)解決(jue)前級設(she)備的(de)腐蝕、堵塞等問題。
堿(jian)基噴射技(ji)術(shu)(shu)不僅可以(yi)實現較(jiao)高(gao)(gao)SO3脫(tuo)除效果，且噴射位置(zhi)布置(zhi)在SCR脫(tuo)硝前后，可有效解(jie)決空預器的(de)(de)腐蝕(shi)、堵塞等(deng)問題，將是未(wei)(wei)來解(jie)決高(gao)(gao)濃度SO3問題的(de)(de)主流技(ji)術(shu)(shu)方向。該技(ji)術(shu)(shu)未(wei)(wei)來的(de)(de)研究(jiu)重點(dian)將主要(yao)集(ji)中在高(gao)(gao)效低(di)成本堿(jian)基吸附劑的(de)(de)研制，及提高(gao)(gao)物(wu)料擴散的(de)(de)均勻(yun)性以(yi)降低(di)物(wu)料損耗等(deng)方面(mian)。
表2SO3脫除技術
6結論
1）根據現(xian)場實測及文獻調研，燃煤電(dian)廠SO3排(pai)放(fang)濃度為0.3~22.7mg·m-3，如分別按(an)10mg·m-3和(he)(he)5mg·m-3的(de)排(pai)放(fang)限值考(kao)核(he)，達標率(lv)分別為89.8%和(he)(he)66.7%。
2）常規電(dian)除(chu)(chu)塵(chen)器(qi)對(dui)SO3的(de)脫(tuo)除(chu)(chu)效較低，約(yue)為10%~20%；低低溫電(dian)除(chu)(chu)塵(chen)技術通過將煙氣溫度(du)降至酸露點(dian)以下，對(dui)SO3具有很高的(de)脫(tuo)除(chu)(chu)能力(li)，脫(tuo)除(chu)(chu)率在(zai)69.1%~96.6%；電(dian)袋復合除(chu)(chu)塵(chen)器(qi)通過濾袋表(biao)面粉(fen)餅層的(de)吸(xi)附(fu)及飛灰堿金屬的(de)中(zhong)和(he)作(zuo)用，對(dui)SO3的(de)脫(tuo)除(chu)(chu)率可(ke)達80%以上。
3）常規(gui)石灰石石膏(gao)濕法脫(tuo)硫(liu)技術(shu)對(dui)SO3脫(tuo)除率(lv)(lv)并(bing)不(bu)高，一般在10%~70%，且絕大部(bu)分在30%~60%，采用旋匯耦合、雙托盤等新技術(shu)后，SO3脫(tuo)除率(lv)(lv)得以明(ming)顯提升，最高可(ke)達到91.7%。
4）濕式電(dian)除(chu)(chu)塵器對(dui)SO3的脫除(chu)(chu)率較高，多在50%~90%，其(qi)中，金屬板式濕式電(dian)除(chu)(chu)塵器多在50%~80%，導電(dian)玻(bo)鋼管式濕式電(dian)除(chu)(chu)塵器實(shi)際(ji)運(yun)行過程中電(dian)源參數可(ke)以升到(dao)更高，因此，其(qi)對(dui)SO3脫除(chu)(chu)率也更高，多在60%~90%，最高可(ke)達到(dao)91.8%。
5）堿基干粉或溶液噴射(she)技術均具有較好(hao)的(de)SO3脫(tuo)除(chu)效果，控制(zhi)合適(shi)的(de)堿硫比，均可(ke)達到(dao)80%以上的(de)脫(tuo)除(chu)效果。
6）煙(yan)氣(qi)冷凝(ning)相變凝(ning)聚技術在消除(chu)有色煙(yan)羽的同(tong)時(shi)，也具(ju)有一定的SO3脫(tuo)除(chu)效果，單獨使(shi)用(yong)時(shi)SO3的脫(tuo)除(chu)率為19.29%，與濕(shi)式電除(chu)塵器、除(chu)霧器耦(ou)合使(shi)用(yong)時(shi)，SO3的脫(tuo)除(chu)率分(fen)別可達90%、75.8%。
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