燃煤煙氣中SO3濃度對濕式電除塵器的影響

陳招妹，劉含笑，孟銀燦，劉美玲，郭高飛

（浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江諸暨 311800）

1 引言

隨著我國燃煤電廠煙氣超低排放的全面施行，NOx、SO2、顆粒物等常規煙氣污染物排放得到了較好的控制，但SO3作為藍色煙羽形成的主因，其問題卻日漸突出。燃煤電廠煙氣中的SO3來源主要是，煤在燃燒過程中，絕大部分的硫被氧化成SO2，其中，0.5%～1.5%的SO2會被進一步氧化成SO3，另一部分在SCR脫硝設備中會被進一步催化氧化成SO3[1、2]。燃煤電廠煙氣中含有SO3易造成設備腐蝕、空預器堵塞等問題，通過煙囪排放后，還會形成酸雨，導致土壤酸化和建筑材料腐蝕。

近年來，越來越多的專家學者針對SO3的脫除問題做了大量研究工作。濕式電除塵器（WESP）作為超低排放的主力設備之一，針對其脫除SO3的性能研究也非常多。WESP通常布置在濕法脫硫（WFGD）后，作為燃煤電廠煙氣末端的精處理設備，能除去脫硫塔后濕氣體中的顆粒物、SO3酸霧等。WESP一般能脫除60%以上的SO3，最高可達90%以上，使煙氣的不透明度降低至10%以下，煙羽的濁度近乎為零[2、3]。

濕式電除塵技術能夠有效脫除SO3，但當進入濕式電除塵器的SO3濃度達到一定程度后，反而會影響WESP的正常運行。研究發現，濕法脫硫后的SO3是以氣溶膠的形式存在，在進入濕式電除塵器后，易造成電暈封閉現象，當濃度越來越高時，電暈封閉現象也越加明顯，從而影響WESP的放電特性，降低收塵效率[5～8]。

2 濕式電除塵器的脫除機理

濕式電除塵技術的收塵原理與干式電除塵技術基本相同[4]，其主要區別是清灰方式的不同，干式電除塵器一般采用振打的清灰方式，而濕式電除塵器一般采用連續噴淋或液膜自流加間歇噴淋的清灰方式。

WESP工作時，放電極在高壓直流電的作用下，將周圍的氣體分子電離成電子和正離子，然后通過電場荷電和擴散荷電兩種方式使顆粒物荷電，荷電粒子在電場力的作用下向集塵極運動，在高濕情況下，集塵極表面會形成均勻的液膜（連續噴淋也會形成液膜），荷電粒子被液膜捕獲并帶走。而采用連續噴淋的WESP，噴出的水霧既能捕獲微細顆粒物又能降其電阻率，有利于顆粒物向極板移動，所以對微細顆粒物有更好的捕集效果。

3 濕式電除塵器對SO3的脫除效率

濕式電除塵器作為燃煤電廠的末端煙氣的精處理設備，既可以高效脫除細顆粒物，又能夠實現SO3的協同脫除，最高效率可達90%以上。在我國的超低排放改造過程中，得到了大規模的運用。目前，我國主流的濕式電除塵技術主要有兩種：金屬板式WESP和導電玻璃鋼管式WESP，各有其優缺點。其中，金屬板式WESP具有結構簡單可靠等優點，是目前應用較為廣泛的一種技術。

針對WESP對SO3的脫除效率，跟蹤測試了幾個項目的SO3排放情況，表1為濕式電除塵器對SO3脫除效率的實測數據。

表1 濕式電除塵器對SO3的脫除效果

從表1可看出，濕式電除塵器對于SO3有良好的脫除效率，因機組以及項目的實際需要，列舉的濕式電除塵器對SO3的脫除效率基本都達到了60%以上，部分能達到85%。據雒飛等[5]研究濕式電除塵對PM2.5/SO3酸霧脫除特性的試驗發現，濕式電除塵器進口煙氣中的SO3主要以亞微米霧滴的形式存在，脫除效率在30%～60%，但提高電壓和入口SO3酸霧濃度均有利于提高SO3酸霧的脫除效率。另據楊正大等[6]研究發現，在濕式電除塵器的煙氣流速為3.6m/s的條件下，不同極配方式的濕式電除塵器對SO3的脫除效率均小于75%，當降低到2.4m/s時，選擇合適的極配型式及噴淋方法，濕式電除塵器對SO3的脫除效率可達到90.1%。

4 高濃度SO3對濕式電除塵器的影響

4.1 SO3對濕式電除塵器的影響研究

一定濃度的SO3對干式電除塵器的收塵有一定的促進作用，裝有低低溫的干式電除塵器，往往收塵效果會有所提高，同時也可協同脫除煙氣中大量的SO3。

對于濕式電除塵器而言，進入濕式電除塵器的煙氣中的SO3以酸霧的形式存在，其顆粒粒徑一般低于0.1μm，當濃度過高時，荷電的顆粒物形成的負離子將形成空間電荷滯留于電場中，從而影響粉塵荷電，進而影響濕式電除塵器的性能。國內某660MW機組燃用含硫3%～4%的高硫煤，運行后濕式電除塵器的第一電場電流與空載時相比，電流由1230mA降至11mA，造成濕式電除塵器無法正常投運[7]。

在高濃度SO3酸霧的氛圍下，Huang等[8]的研究發現，在不同電場參數下濕式電除塵器對硫酸霧協同脫除時，在放電過程中出現了超細氣溶膠形成的現象。楊正大等[6]通過試驗發現，當SO3濃度由一定的濃度提高至5倍后，濕式電除塵器的運行電暈電流下降了83.1%。

以上研究表明，高濃度的SO3會對濕式電除塵器的運行電流造成影響，且濃度越高，運行電流越低。

4.2 高濃度SO3的濕式電除塵器實際運行案例

調研對象為山東某電廠700MW機組的濕式電除塵器，該機組設計燃用煤種含硫量3.2%，設計燃煤量279t/h。

調研時，實際運行時的燃用煤質含硫量約為2.3%，運行機組負荷為600MW，考慮到節能以及濕式電除塵器運行的穩定性等因素，在保證出口排放達標的情況下對濕式電除塵器進行了一定程度的限流，當日煙囪出口排放情況為SO2：19.968mg/m3；NOx：31.804mg/m3；顆粒物：0.481mg/m3。濕式電除塵器運行的二次電流電壓情況見表2。

表2 濕式電除塵器對SO3的脫除效果

通過對以上數據的整理并結合機組當時的運行情況，可得出結論：隨著進入濕式電除塵器各個電場的SO3濃度及粉塵濃度的降低，電場運行的二次電流顯著升高。

結合張雪峰[7]等的研究結果，粉塵和SO3的存在都會對濕式電除塵器的電暈電流造成影響，但粉塵對電暈電流的影響較小，試驗結果顯示，僅降低2.4%～3.5%。因此可得出，隨著SO3濃度的提高，濕式電除塵器運行的二次電流值會降低。

5 其他脫除SO3的方式

WESP雖然可以脫除60%以上的SO3，但當SO3濃度過高時，反而會影響WESP的正常運行，且WESP作為終端把關設備，無法解決前端設備的堵塞及腐蝕問題，因此，對于高硫煤機組，建議采用前端SO3脫除技術。

在國外，利用噴射堿性吸收劑方式脫除SO3的技術已廣泛應用，在我國也有多家企業作了相關研究，并建立了試驗裝置或工程案例。較常用的堿性吸收劑主要有CaO、Ca(OH)2、CaCO3、MgO、Mg(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等。噴射的主要方法有兩種，一是采用干粉直接噴射，另一種采用溶液噴射。這兩種方式各有優缺點，噴射干粉的成本較低，但效率也略低；溶液噴射主要采用鈉鹽，相對成本較高，脫除SO3的效率也較高。

此外，選擇噴射點的位置不同，所解決的問題也不同，而各個噴射點位置的溫度也不相同，導致各種吸收劑的效果也大不相同。目前急需研究出不同SO3吸收劑所處的最佳吸收溫度區間，以便能夠提高SO3的脫除效率，并節約成本。

6 結語

（1）WESP基于其特殊的清灰方式和技術特點，可作為燃煤電廠粉塵精處理系統的技術裝備使用，能有效脫除燃煤電廠煙氣中的SO3，脫除效率至少達到60%以上。

（2）煙氣中高濃度的SO3會影響濕式電除塵器正常運行，隨著SO3濃度的提高，濕式電除塵器運行的二次電流值會降低。

（3）結合研究內容及工程經驗，建議燃用中高硫煤的電廠（煤質含硫量Sar≥2%，或者WESP入口SO3濃度高于80mg/m3），為保證濕式電除塵器的正常運行，考慮增加其他設備協同脫除SO3，以確保濕式電除塵器入口處的SO3濃度達到燃用低硫煤的標準。