氧化增效劑對濕法脫硫系統(tǒng)脫硫脫汞效率的影響

金玉群，雷 靜，陳智佳，劉發(fā)圣

（1.國家電投集團江西電力有限公司貴溪發(fā)電廠，江西 貴溪 335400；2.國網(wǎng)江西省電力有限公司，江西 南昌 330077；3.江西遠達環(huán)保有限公司貴溪分公司，江西 貴溪 335400；4.國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

汞和二氧化硫都是典型的大氣污染物，汞是一種毒性非常大的重金屬污染物，其能通過生物富集長期在生態(tài)系統(tǒng)中流動，最終富集于人體內(nèi)。而且其有機化合物甲基汞具有強烈的毒性，嚴重危害人體健康。二氧化硫?qū)θ梭w和動植物都有嚴重的危害，而且二氧化硫還會引起酸雨對生態(tài)和社會造成無法估量的嚴重后果。我國多煤貧油少氣的基本國情決定了我國是一個用煤大國，燃煤發(fā)電是我國汞和二氧化硫排放的主要來源。因此降低燃煤電廠二氧化硫和汞的排放對我國環(huán)境保護和污染治理有重要的意義。

目前大部分電廠都是采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，此工藝脫硫效率高，而且技術(shù)相對成熟，副產(chǎn)物還可以回收利用，經(jīng)濟性好。并且煙氣中的氯化汞極易溶于水，因此濕法脫硫裝置對二價汞也附帶有很高的脫除率。所以脫硫塔對二氧化硫和汞的聯(lián)合脫除效率一直被人們關(guān)注。但是隨著全國用電量的增加，一些電廠的實際用煤的成分偏離設(shè)計煤種較大值，導(dǎo)致脫硫塔負荷增大，需要對其進行增容改造。脫硫塔的增容改造一般時間較長而且資金投入大，因此添加氧化增效劑成了現(xiàn)在很多電廠共同的選擇。

本文主要研究了江西某電廠鍋爐WFGD系統(tǒng)添加氧化增效劑前后脫硫塔的脫硫和脫汞的效率，分析增效劑對煙氣中汞和二氧化硫脫除率的影響。

1 測試過程

1.1 鍋爐設(shè)備簡介

某電廠700MW超臨界機組鍋爐本體由上海鍋爐有限公司設(shè)計制造。兩臺700MW燃煤鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型爐。

鍋爐容量和主要參數(shù)：主蒸汽和再熱蒸汽的壓力、溫度、流量等要求與汽輪機的參數(shù)相匹配，主蒸汽溫度按571℃，最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）2102t/h，最終與汽輪機的VWO工況相匹配，爐型號：SG2102/25.4－M959。

制粉系統(tǒng)采用中速磨冷一次風正壓直吹式，每臺鍋爐配置6臺中速磨煤機；獨立密封風系統(tǒng)，6臺磨煤機共用1臺密封風機，一臺備用。

燃燒系統(tǒng)采用四角切向布置的擺動燃燒器，在熱態(tài)運行中，一、二次風噴口均可上下擺動，一次風擺角±20°，二次風擺角±30°。噴口的擺動由能反饋電信號的執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)。擺動靈活，四角同步。

油燃燒器的總輸入熱量按30%BMCR計算。布置三層油燃燒器，共12支，點火方式為高能電火花點燃輕油，然后點燃煤粉。每支油槍出力為3500kg/h。燃油槍采用機械霧化，噴嘴保證燃油霧化良好，避免油滴落入爐底或帶入尾部煙道。

設(shè)計煤種元素分析的收到基全硫為0.8%，對應(yīng)的脫硫塔入口煙氣二氧化硫為1500mg/m3。

1.2 測點布置

如圖1所示，采樣測點分別布置在WFGD入口和出口處。測試總汞的含量和煙氣中二氧化硫的濃度，用于判斷增效劑對脫汞和脫硫效率的影響。測試二氧化硫濃度時將煙氣分析儀連接煙道取樣點，調(diào)試好儀器，取三個點分別測試二氧化硫的濃度，將測試結(jié)果進行記錄匯總。測試總汞濃度時，將測試儀器連接就緒，選取3個點進行測試，測試結(jié)束后將樣品回收，放入密封瓶內(nèi)保存，等待進一步分析。

測試項目所用儀器、儀表都經(jīng)過專業(yè)校驗，且在校驗有效期內(nèi)。此外，在每次試驗前后，都采用了具備有效校驗證書的標準氣體對煙氣分析儀進行標定。

環(huán)境溫度和大氣壓力測點在送風機入口有遮陽陰涼處。

圖1 測點位置

1.3 測試方法

本次對于煙氣中汞含量的測試采用安大略法，此法是目前國際上運用最廣泛的大氣汞排放檢測方法。煙氣中的汞主要由三種形態(tài)存在：顆粒態(tài)汞，氣態(tài)單質(zhì)汞和氧化態(tài)汞。安大略法針對這三種形態(tài)的汞都能測量而且有很高的測量精度，測量范圍為0.5～100μg/m3。圖2為安大略法的流程示意圖。

如圖所示，首先，取樣槍在煙道的采樣點等速取樣，煙氣在此處被吸入取樣系統(tǒng)。在取樣槍的前端有石英纖維過濾器，顆粒態(tài)汞在這個地方被捕獲。隨后煙氣流入取樣管，取樣管外包裹有加熱帶，其溫度必須維持在120℃以上，確保取樣管具有一定的溫度，這樣可防止煙氣中的汞在取樣管上凝結(jié)。后面冰浴中的吸收瓶的作用是吸收單質(zhì)汞和氣態(tài)二價汞。二價汞在1mol/L的KCI溶液中被吸收，而單質(zhì)汞則由5%硝酸+10%過氧化氫溶液和4%高錳酸鉀+10%硫酸溶液吸收。隨后，待取樣完成對樣品進行復(fù)原、消解然后對其中的汞含量進行測定。

SO2測試依據(jù)EPAMethod6C方法進行。

圖2 安大略法裝置示意圖

1.4 測試條件和工況

為了滿足測試的要求使測試結(jié)果準確對電廠的運行條件有一定的要求，如表1所示

表1 現(xiàn)場測試條件和工況

2 測試結(jié)果與分析

2.1 實驗數(shù)據(jù)計算方法

汞濃度計算公式：

式中：A為各吸收瓶中汞濃度測量值，ug/L；Δp為真空度，kpa；C為汞濃度，ug/Nm3；V為實測煙氣體積，m3。

脫汞、脫硫效率計算公式：

式中：η為脫硫效率，%；C出、C入為WFGD出、入口汞濃度，ug/Nm3。

2.2 汞和二氧化硫濃度測量結(jié)果

在640MW負荷下，在WFGD入口、WFGD出口處進行3次平行工況的測量，分別將三次結(jié)果取平均值，脫硫測試數(shù)據(jù)見表2

表2 氧化增效劑對脫硫系統(tǒng)前后二氧化硫濃度的影響

從表2中可以看出添加氧化增效劑后，WFGD系統(tǒng)對二氧化硫的脫除效率提高了4.31%，因此增效劑對二氧化硫的脫除擁有明顯的促進作用。濕法脫硫裝置脫除二氧化硫是因為發(fā)生了如下的反應(yīng)：

濕法脫硫裝置對二氧化硫的脫除效率不理想的原因主要是“雙膜效應(yīng)”即在吸收塔中大量的碳酸鈣是以微小顆粒狀存在的，而這些顆粒狀碳酸鈣的表面存在著氣模和液膜，嚴重影響了二氧化硫的傳質(zhì)過程，阻礙了上訴反應(yīng)的發(fā)生，降低了脫硫塔的脫硫效率。而且碳酸鈣難溶于水也對脫硫效率帶來了一定的影響。因此添加氧化增效劑的主要目的就是克服這兩個問題。

增效劑主要成分有四種：表面活性劑、助溶劑、催化劑和化學軌道形成劑。這四種成分可以有效的削弱雙膜效應(yīng)與溶解度對脫除率的影響。首先，表面活性劑可以改變碳酸鈣顆粒表面的濕潤度，增強界面處的傳質(zhì)效果。然后助溶劑的主要作用是促進碳酸鈣顆粒的溶解，加快其和溶液中碳酸根離子的反應(yīng)。催化劑可以降低反應(yīng)活化能加快反應(yīng)的進行，而化學軌道劑則是在碳酸鈣顆粒表面制造微孔和裂紋，這些微孔就是液體中的硫進入碳酸鈣顆粒內(nèi)部的通道。大大加快了硫的傳質(zhì)，從而加快了反應(yīng)的速度。

在640MW負荷下，在WFGD入口、出口處進行3次平行工況的測量，分別將三次結(jié)果取平均值，脫汞的測試數(shù)據(jù)見表3

表3 氧化增效劑對脫硫系統(tǒng)前后汞濃度的影響

從表3中可以看出添加氧化增效劑后的脫汞效率提高了10.94%，脫汞效率有了明顯的提升。濕法脫硫裝置對汞的脫除效率不理想的原因主要是：二價汞在脫硫漿液中與具有強還原性的亞硫酸根離子反應(yīng)，被還原為零價汞發(fā)生二次釋放，而WFGD裝置對零價汞幾乎沒有脫除作用。所以導(dǎo)致不能完全脫除二價汞。添加增效劑后使得脫硫漿液里的二價汞發(fā)生了絡(luò)合反應(yīng)，降低了溶液中的二價汞濃度從而抑制了汞的二次釋放。

3 結(jié)語

從本次現(xiàn)場測試的實驗數(shù)據(jù)來看，氧化增效劑能顯著提升濕法脫硫裝置的脫硫、脫汞效果，可提高脫硫效率4.31%，提高脫汞效率10.94%。氧化增效劑的添加能有效的降低燃煤電廠二氧化硫和汞的脫除效率，增強了電廠對不同煤種的適應(yīng)性。并且減少脫硫塔循環(huán)漿液的噴淋量，降低運行成本。