燃煤電廠煙氣超低排放技術對三氧化硫脫除影響的研究

陳瑤姬　孟　煒　胡達清

浙江天地環保工程有限公司

燃煤電廠煙氣超低排放技術對三氧化硫脫除影響的研究

陳瑤姬孟煒胡達清

浙江天地環保工程有限公司

針對某燃煤電廠進行了煙氣超低排放技術應用的1 000 MW機組進行了SO3排放濃度測試，并分析了不同煙氣凈化裝置對SO3的脫除效果和因素影響。測試結果表明，煙氣超低排放技術可以有效降低SO3排放值，總脫除效率可達90%以上。

超低排放；燃煤電廠；SO3；脫除

China Library Classification Number: X511

Fund Item: 1 Zhejiang Province Major Scientific and Technological Projects and Key Social Development Projects (2013C03022) Research and Engineering Application of Various Flue Gas Purification Devices Assisting with Mercury Removal in Coal-Fired Power Plant; 2 Zhejiang Province Major Scientific and Technological Projects and Key Social Development Projects（2014C03018） Research and Demonstration Project of Million Watts Coal-Fired Unit Flue Gas Ultra Low Emission Technology

燃煤電廠煙氣超低排放技術的應用使得燃煤電廠主要煙氣污染物排放值達到天然氣燃氣輪標準，同時也對非常規污染物起到了脫除效果，比如說SO3。SO3是一種腐蝕性很強的污染物，不但會對空預器、煙道、煙囪等造成嚴重腐蝕，也是形成酸霧或酸雨的重要成分，對環境和人體健康都造成巨大危害[1，2]。因此，脫除煙氣中的SO3有著重要意義。

某電廠1 000 MW機組進行了煙氣超低排放技術改造，該機組采用了SCR脫硝技術（含改性催化劑）、低低溫電除塵技術、濕法脫硫技術和濕式電除塵技術，本文對該機組進行了SO3排放值測試，并分析了SO3形成和煙氣超低排放技術對SO3脫除的機理。

1　研究方法

1.1測試儀器與方法依據

測試方法和儀器見表1。

表1　測試方法與儀器

測點分別設在各機組SCR進出口、ESP進出口、WESP進口及煙囪入口，對SO3進行了濃度測試。

1.2煤質分析

對測試期間機組入爐煤質進行分析，結果如表2所示。

表2　機組入爐煤質

2　結果分析

2.1SCR系統對SO3的影響

業界普通認為燃煤電廠鍋爐中生成的SO2有0.5%～2%轉化為SO3，另由于SCR催化劑在催化還原NOX的同時會催化氧化SO2，使得SO3進一步增加[3]。于是對SCR進出口的SO3濃度進行了測試，測試結果如表3所示。

表3　不同負荷下SCR進出口SO3濃度

由表2可知，當機組負荷升高，SCR進口SO3濃度升高，而機組負荷升高意味著煙氣溫度的升高，因此可說明煙氣溫度的升高使鍋爐內的SO3轉化率增加。然而在SCR反應器中，SO2向SO3的轉化率則與鍋爐中相反，在7 50MW和1 000MW負荷下，經過SCR反應器后的SO3較入口分別增加了17.6 mg/m3和13.15 mg/m3，原煙氣的SO2含量分別為1 527.75 mg/m3和1 613 mg/m3，相應的轉化率分別為1.15%和0.82%，說明隨著煙氣溫度的升高，SCR反應器中的SO2向SO3的轉化率降低，而陳曉露等學者[4]經過實驗室試驗認為在200～400 ℃之間，隨著SCR反應器內溫度的升高，SO2/SO3轉化率且線性增加趨勢，顯然這與現場測試得到的結論相反。

這與實驗室試驗無法完全相同模擬實際燃煤電廠SCR反應器中的環境有關，主要有以下原因。

（1）實驗室中采用小型電控管式爐控制反應器內溫度，爐內溫度穩定且均勻，而實際SCR反應器中存在著溫度偏差，且煙氣溫度容易波動，對實際SO2/SO3轉化率造成影響。

（2）實驗室反應器中的流場均勻，而實際SCR反應器中的流場存在偏差，根據SCR反應流場要求，該流場偏差值應在15%以內，這對實際SO2/SO3轉化率也會造成影響。

（3）最重要的一點是，實驗室試驗中沒有考慮溫度變化之后的流量變化，始終采用同一流量進行試驗，而在燃煤電廠中，當機組負荷變小，溫度降低后，煙氣量下降，進行SCR反應器的煙氣流速降低，進而煙氣在SCR反應器中的停留時間增長，延長了反應時間，增加了SO2/SO3轉化率。從實際測試結果來看，顯然煙氣在SCR反應器中的停留時間對SO2/SO3轉化率的影響要超過溫度等其他因素。

（4）與實驗室研究所采用的催化劑不同，該燃煤電廠采用的催化劑為改性催化劑，這種改性催化劑對汞具有較強氧化較果，同時對SO2也有一定的氧化性，但在不同溫度下對SO2的氧化性能則需要進一步研究，這可能也是引起上述差異的原因之一。

2.2低低溫電除塵系統對SO3脫除的影響

低低溫電除塵器入口的煙氣冷卻器將煙氣溫度降至酸露點溫度以下，使氣態 SO3轉化為液態的硫酸霧，因電除塵器入口含塵濃度很高，粉塵總表面積很大，為硫酸霧凝結附著提供了良好條件。硫酸霧附著在粉塵上之后隨之進入干式電除塵器，并隨后被捕捉和脫除。

低低溫電除塵系統進出口SO3濃度測量值如圖1所示。

圖1　低低溫電除塵系統進出口SO3濃度

由圖1可知，當機組負荷100%時，進口低低溫電除塵系統的SO3濃度較高，且對SO3的脫除效率也較高，平均脫除效率為21.8%，75%機組負荷時其脫除效率僅為4.08%。由于煙氣冷卻器的溫度控制，不同負荷時進入低低溫電除塵器的煙氣溫度基本一樣，不存在煙氣量變化和停留時間差別。在不同機組負荷下，進入低低溫電除塵器的煙氣的主要差別是灰含量和SO3含量，根據運行經驗和實際測量值可知，100%負荷下煙氣中的含灰量和SO3含量均高于75%負荷。

酸露點的計算方法很多，主流的有以下3種。

（1）日本電力研究所估算公式[5]

（2）美國通用標準公式[6]

（3）A.G.Okkes公式[7]

可見，煙氣中SO3含量越高，酸露點越高，100%負荷下煙氣中的SO3含量高于75%負荷，相應的酸露點較高，而進入低低溫電除塵器時的煙氣溫度是一樣的，因此在100%負荷下會有更多SO3結露，同時由于100%負荷下煙氣中的含灰量更高，就給結露的SO3提供了更多的附著體，利于其附著在粉塵上被低低溫電除塵器脫除，進而提高了SO3的脫除效率。

圖2　濕式電除塵器進出口SO3濃度

2.3濕法脫硫系統和濕式電除塵器對SO3脫除的影響

對SO3起到最大脫除效果是濕法脫硫系統，100%負荷和75%負荷下，進入濕法脫硫系統的SO3濃度分別為48.2 mg/Nm3和46.15 mg/Nm3，出口的SO3濃度分別為11.19 mg/Nm3和10.24 mg/Nm3，脫除效率分別為76.78%和77.81%，可見其對SO3的脫除效率高且穩定，這與滕農[8]等學者認為的濕法脫硫對SO3脫除效率在53.8%～86.9%之間相符。

濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進行清灰，可有效收集微細顆粒物（PM 2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠），因此對于SO3濃度的降低有明顯的貢獻。

濕式電除塵器進出口SO3濃度測量值如圖2所示。

由圖2可知，在兩種不同負荷下的濕式電除塵器進出口SO3濃度相差較小，脫除效率分別為73.9%（100%負荷）和69.3%（75%負荷）。根據實驗研究[4]，濕式電除塵器對粒徑為50 μm的SO3酸霧脫除效率可達90%以上，但在本文測試中，SO3酸霧在進入濕式電除塵器之前經過了多重設備脫除，剩下的SO3氣溶膠粒徑非常小，粒徑越小，SO3酸霧的脫除效率越低[2]，因此濕式電除塵器對SO3的實際脫除效率無法達到理論值。

2.4煙氣超低排放技術對SO3脫除效果

根據測試結果，100%負荷和75%負荷下，SCR入口SO3濃度分別為48.5 mg/Nm3和30.5 mg/Nm3，煙囪總排口SO3濃度分別為為2.92 mg/Nm3和3.15 mg/Nm3，總脫除效率分別達到93.98%和89.67%，可見煙氣超低排放技術可以實現對SO3的高效控制。

4　結論

（1）煙氣超低排放技術可實現對SO3的高效控制，在實際測試中對SO3的總脫除效率達90%左右；

（2）SCR系統將少部分SO2轉化為SO3，煙氣在SCR反應器中的停留時間對SO2/SO3轉化率的影響要超過溫度等其他因素；

（3）低低溫電除塵系統對SO3的脫除起到一定作用，機組負荷高時，其對SO3的脫除效果更好；

（4）濕法脫硫系統對SO3的脫除起到重要作用，在本次測試中，其脫除效率達76%以上；

（5）濕式電除塵器對SO3起到深度脫除作用，主要脫除粒徑極小的SO3氣溶膠，在本次測試中，其脫除效率達70%左右。

[1] Deeming A S, Emmett E J, Richards-Taylor C S, et al. Rediscovering the Chemistry of Sulfur Dioxide: New Developments in Synthesis and Catalysis[J]. Synthesis, 2014.

[2] 閆君. 濕式靜電除霧器脫除煙氣中酸霧的試驗研究[D]. 山東大學，2010.

[3] 王智，賈瑩光，祁寧. 燃煤電站鍋爐及SCR脫硝中SO3的生成及危害[J]. 東北電力技術. 2005，（9）：1-3.

[4] 陳曉露，趙欽新，鮑穎群等. SO3脫除技術實驗研究[J]. 動力工程學報. 2014.12，34（12）：966-971.

[5] Yoshio Takizawa, Katsuo Sugahara. Corrosion-resistant Ni-Cr-Mo alloys in hot concentrated sulfuric acid with active carbon[J]. Materials Science and Engineering, 1995,198:145-152.

[6] 李飛. 燃煤鍋爐煙氣含酸灰粒沉積特性與工程酸露點研究[D]. 山東大學，2014.

[7] A.G.Okkes, Badger B.V. Get acid dew point of flue gas[J]. Hydrocarbon Processing, 1987, (5):53-55.

[8] 滕農，張運宇，魏晗等. 石灰石/石膏濕法FGD裝置除塵效率和SO3脫除率探討[J]. 電力環境保護. 2008.8，24（4）：27-28.

Research on Coal-Fired Power Plant Flue Gas Ultra Low Emission Technology Influence on Sulfur Trioxide Removal

Chen Yaoji, Meng Wei, Hu DaqingZhejiang Tiandi
Environment Protection Engineering Limited Company

Based on sulfur trioxide concentration tests of some coal-fired power plant flue gas ultra low emission technology application at 1000MW unit, the article analyzes sulfur trioxide removal effect and factor influence of different flue gas purification devices. The test result shows that flue gas ultra low emission technology could effectively reduce sulfur trioxide emission. Total sulfur trioxide removal rate is above 90%.

Ultra Low Emission, Coal-Fired Power Plant, Sulfur Trioxide, Removal

X511

A

1.浙江省重大科技專項重點社會發展項目（2013C03022）燃煤電廠多種煙氣凈化裝置協助同脫汞技術的研究與工程化應用；2.浙江省重大科技專項重點社會發展項目(2014C03018)百萬燃煤機組煙氣超低排放研究及示范項目

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2015.12.006

陳瑤姬：（1984-），女，博士，研究方向為燃煤電廠脫硫脫硝。