基于實測的燃煤電廠煙氣協同控制技術對SO3去除效果的研究

陳鵬芳 朱庚富 張俊翔

(1.南京信息工程大學環境科學與工程學院，江蘇 南京 210044；2.國電環境保護研究院，江蘇 南京 210031；3.華能淮陰電廠，江蘇 淮安 223001)

基于實測的燃煤電廠煙氣協同控制技術對SO3去除效果的研究

陳鵬芳1,2朱庚富1,2張俊翔3

(1.南京信息工程大學環境科學與工程學院，江蘇 南京210044；2.國電環境保護研究院，江蘇 南京210031；3.華能淮陰電廠，江蘇 淮安223001)

選取國內10臺典型燃煤電廠發電機組，對其主要煙氣控制設備進出口SO3濃度進行實測。結果發現，選擇性催化還原(SCR)反應器的主要功能是脫硝，而低低溫電除塵器、濕法脫硫裝置和濕式靜電除塵器具有很好的脫硫效果。實測得到某典型發電機組負荷率分別為75%、100%的工況下，SO3綜合脫除率可達89.67%、93.98%。因此，SCR反應器/低低溫電除塵器/濕法脫硫裝置/濕式靜電除塵器聯用是良好的脫硫脫硝煙氣協同控制技術。

燃煤電廠 煙氣協同控制SO3去除效果

目前，人們對燃煤電廠關注較多的是其產生的PM2.5[1-2]，但對其SO3排放情況關注不多。據報道，燃煤電廠一次可凝結PM2.5主要來源為SO3[3]。當煙氣溫度低于酸露點時，SO3會形成硫酸氣溶膠，不僅會對電廠的正常穩定運行產生潛在的威脅，也會對大氣環境產生嚴重的污染。SO3的毒性是SO2的10倍[4]，極易與水結合形成硫酸酸霧。美國環境保護署(USEPA)的報告顯示，SO3和硫酸氣溶膠可能會引起一系列的健康問題，也是酸雨的直接原因。因此，燃煤電廠對SO3進行控制非常必要。美國已經有22個州對燃煤電廠煙氣中SO3進行了排放限值的限定[5]。我國國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局也發布了《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020)》(發改能源[2014]2093號)，提到了減少SO3等非常規污染物的排放，表明我國已經開始重視對SO3排放的控制[6]。

1 煙氣協同控制技術及煙氣中SO3的形成與轉化

1.1煙氣協同控制技術

燃煤電廠煙氣協同控制技術是指某一設備同時脫除兩種及兩種以上污染物，或者為下一流程設備脫除污染物創造有利條件，實現煙氣污染物在多個設備中高效聯合脫除，同時能夠實現良好節能效果的技術。目前，國內最典型的煙氣協同控制技術路線如圖1所示。

1.2煙氣中SO3的形成與轉化

燃煤電廠SO3主要是在鍋爐和SCR反應器中形成[7]。煤在鍋爐爐膛中燃燒，可燃性硫元素生成SO2時，會有0.5%(質量分數，下同)～2.5%的SO2被氧化成SO3[8]。在SCR反應器中，催化劑在催化還原NOx的同時會有0.5%～1.5%的SO2被催化氧化成SO3[9]。在空氣預熱器中，由于SO3的吸濕性會形成氣態硫酸，經過煙氣冷卻換熱器后，由于溫度逐漸降至酸露點以下，在低低溫電除塵器中的氣態硫酸被冷凝成液態硫酸霧并被吸附在粉塵表面，一部分被粉塵中的堿性物質中和，一部分則隨粉塵的去除而去除。濕法脫硫裝置和濕式靜電除塵器對SO3也有不同程度的協同脫除作用。

1—鍋爐；2—選擇性催化還原(SCR)反應器；3—空氣預熱器；4—煙氣冷卻換熱器；5—低低溫電除塵器；6—濕法脫硫裝置；7—濕式靜電除塵器；8—煙囪圖1 煙氣協同控制技術路線Fig.1 Flue gas co-benefit control technique route

2 研究方法

2.1選取的燃煤電廠

選取國內10臺典型燃煤電廠發電機組為研究對象，通過現場實測SCR反應器、低低溫電除塵器、濕法脫硫裝置和濕式靜電除塵器的進出口SO3濃度，研究了煙氣協同控制技術對SO3的去除效果。受檢發電機組關鍵技術均采用SCR反應器/低低溫電除塵器/濕法脫硫裝置，其中C、D、H、I、J發電機組還設有濕式靜電除塵器。各受檢發電機組的受檢設備如表1所示。

表1 受檢發電機組的受檢設備

2.2 分析方法

3 結果分析

3.1SCR反應器中SO3的變化

SCR脫硝已經成為我國當前的主流脫硝技術。實測了A、B、C發電機組SCR反應器進出口的SO3濃度，結果如表2所示。

由表2可見，3臺發電機組的SCR反應器出口SO3濃度均高于進口，這是由于該設備中SO2轉為為SO3，生成率為17.12%～57.70%。A、B為低裝機容量發電機組，負荷率分別為96%、100%，在工程上可以認為沒有差別，兩者的SO3生成率分別為25.49%、17.12%，差別也不大。C為高裝機容量發電機組，在負荷率為75%、100%時，SO3生成率分別為57.70%、27.11%，差別較大且隨負荷率升高SO3生成率明顯降低，這是由于發電機組負荷率升高，煙氣量增大，煙氣流速加快，在SCR反應器中的停留時間變短，從而縮短了反應時間。由此可見，SCR反應器并不是脫除SO3，而是生成SO3的設備，其生成率主要與發電機組的負荷率有關。

3.2低低溫電除塵器對SO3的脫除效果

低低溫電除塵器在高效脫除煙塵的同時可實現SO3的協同脫除。實測了C、D發電機組低低溫電除塵器進出口的SO3濃度，結果如表3所示。

由表3可以看出：C發電機組負荷率為75%時SO3脫除率為4.05%，負荷率為100%時SO3脫除率為21.82%；D發電機組負荷率為75%時O3脫除率為1.75%，負荷率為100%時SO3脫除率為17.77%。C、D發電機組的實測結果都表明，對同一臺發電機組而言，負荷率越高，低低溫電除塵器對SO3的脫除率越高。盡管如此，C、D發電機組的負荷率均為100%時，SO3脫除率也只有20%左右，與文獻報道的低低溫電除塵器對SO3脫除率能達到80%，最高可達95%[10]有巨大的差距。從理論上分析，在低低溫電除塵器運行過程中，煙塵中的堿性物質可以中和SO3冷凝成的硫酸液滴，從而使得大部分SO3隨煙塵一起被協同脫除。但在實際工程運行中，由于煙氣停留時間短，SO3存在形態復雜，氣態硫酸只有部分被冷凝成液態的硫酸霧并吸附在煙塵表面，從而大大削減了SO3的協同脫除率。文獻[10]的結論是實驗室試驗的結果，與實際工程運行有很大差別。因此，低低溫電除塵器對SO3的脫除率可能還與SO3的存在形態、煙氣停留時間等因素有關[11]，有待進一步研究。

表2 SCR反應器中SO3的變化情況

表3 低低溫電除塵器中SO3的變化情況

表4 濕法脫硫裝置中SO3的變化情況

表5 濕式靜電除塵器中SO3的變化情況

注：1)由于J發電機組濕式靜電除塵器進口SO3質量濃度實測值15.80 mg/m3比設計值41.30 mg/m3低25.50 mg/m3，按照GB/T 21508—2008的要求進行進口濃度修正，修正后計算得到SO3脫除率為76.11%。

3.3 濕法脫硫裝置對SO3的脫除效果

濕法脫硫裝置在脫除SO2的同時可以協同脫除SO3、HF和HCl等酸性組份。實測了E、F、G、H發電機組濕法脫硫裝置進出口的SO3濃度，結果如表4所示。

比較E、G發電機組濕法脫硫裝置的SO3脫除率發現，在裝機容量相同的工況下，濕法脫硫裝置對SO3的脫除率隨負荷率的增大而升高。比較E、F、H發電機組濕法脫硫裝置的SO3脫除率發現，在負荷率相同的工況下，濕法脫硫裝置對SO3的脫除率還與裝機容量有關，隨裝機容量的增大而升高。

3.4 濕式靜電除塵器對SO3的脫除效果

實測了C、D、H、I、J發電機組濕式靜電除塵器進出口的SO3濃度，結果如表5所示。

由表5可見，不同發電機組在不同裝機容量和不同負荷率條件下，濕式靜電除塵器對SO3的脫除率為56.33%～76.11%。裝機容量和負荷率對濕式靜電除塵器脫除SO3的影響不大，脫除率均較高。SO3脫除率差別不大是因為濕式靜電除塵器進口SO3濃度都很小且差別不大。較高的脫除率是因為濕式靜電除塵器對亞微米級顆粒具有較高的捕獲率。

3.5 煙氣協同控制技術對SO3的綜合脫除率

C發電機組采用了典型的全過程煙氣協同控制技術，主要配置為SCR反應器、低低溫電除塵器、濕法脫硫裝置、濕式靜電除塵器。由表2中C發電機組的SCR反應器進口SO3濃度和表5中C發電機組的濕式靜電除塵器出口SO3濃度可以計算得到，負荷率為75%時，煙氣協同控制技術對SO3的綜合脫除率為89.67%；負荷率為100%時，煙氣協同控制技術對SO3的綜合脫除率為93.98%。由此可見，煙氣協同控制技術在脫硝的同時，對SO3也具有較好的協同控制效果。

4 結 語

通過對10臺典型燃煤電廠發電機組的SO3濃度實測發現，SCR反應器/低低溫電除塵器/濕法脫硫裝置/濕式靜電除塵器聯用在脫硝的同時，對SO3也具有較好的協同控制效果。C發電機組采用了以上典型的全過程煙氣協同控制技術，負荷率為75%時，煙氣協同控制技術對SO3的綜合脫除率為89.67%；負荷率為100%時，煙氣協同控制技術對SO3的綜合脫除率為93.98%。

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ResearchonSO3removalefficiencybyfluegasco-benefitcontroltechniqueofcoal-firedpowerplantsbasedonfieldtests

CHENPengfang1,2,ZHUGengfu1,2,ZHANGJunxiang3.

(1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,NanjingJiangsu210044;2.StatePowerEnvironmentalProtectionResearchInstitute,NanjingJiangsu210031;3.HuanengHuaiyinPowerPlant,Huai’anJiangsu223001)

10 typical coal-fired power plant equipments were selected to monitor SO3concentration of entrance and exit in each equipment. Results showed that the selective catalytic reduction (SCR) reactor unit had denitrification function,while low-low temperature electrostatic precipitator unit,wet flue gas desulfurization unit and wet electrical precipitator unit had desulfurization function. The comprehensive removal rate of a typical equipment reached 89.67% and 93.98% under load rate of 75% and 100%,respectively. Therefore,SCR reactor/low-low temperature electrostatic precipitator/wet flue gas desulfurization/wet electrical precipitator was a good technology for co-benefit control of denitrification and desulfurization.

coal-fired power plant； flue gas co-benefit control； SO3； removal efficiency

陳鵬芳，女，1992年生，碩士研究生，研究方向為大氣污染控制技術及工程應用。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.03.002

2016-09-13)