燃煤電廠煙氣中SO3濃度測試方法研究

文_王艷鵬 王東

1 華電電力科學研究院有限公司 2 杭州華電能源工程有限公司

1 測試機組概況

以某660MW燃煤機組為例，該機組配備上海鍋爐廠生產制造的超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣。其大氣污染物超低排放改造技術路線是SCR脫硝+電除塵器+石灰石-石膏濕法脫硫，排放煙氣經過環保設施治理后滿足NOx濃度≤50mg/m3（標態、干基、6%O2）、SO2濃度≤35mg/m3（標態、干基、6%O2）、粉塵濃度≤5mg/m3（標態、干基、6%O2）的超低排放要求。本次煙氣中SO3的測試采樣位置選取在脫硝裝置出口和煙囪入口。

2 采樣分析方法

國內針對SO3的測試標準各有不同， 目前普遍認可的采樣方式為控制冷凝法和異丙醇吸收法，本測試分別研究在不同測試位置、不同煙氣成分下，兩種測試方法的適應性。

2.1 控制冷凝法

控制冷凝法采用帶有伴熱的采樣槍從煙道內等速抽取一定體積的煙氣，采樣槍溫度控制在240～260℃之間，采樣槍后加裝過濾單元，降低粉塵干擾，然后經過定制的蛇形冷凝管（內管長度不低于2400mm）， SO3冷凝形成適宜粒徑的硫酸霧，在慣性碰撞作用下被捕集，冷凝管內水浴溫度根據煙氣含濕量確定。采樣結束后用異丙醇溶液多次沖洗蛇形冷凝管、聚四氟乙烯導氣管，用取樣瓶收集好沖洗液，做好樣品標記，在實驗室內進行化學分析處理。

2.2 異丙醇吸收法

異丙醇吸收法采用帶有伴熱的采樣槍從煙道內等速抽取一定體積的煙氣，采樣槍溫度控制在260℃，過濾顆粒物后的煙氣通過2個裝有500mL、80%濃度異丙醇溶液的洗氣瓶，煙氣中SO3在洗氣瓶內被吸收。水浴溫度要求控制在0℃。采樣結束后用異丙醇溶液多次沖洗兩個洗氣瓶、聚四氟乙烯導氣管，用取樣瓶收集好沖洗液，做好樣品標記，在實驗室內進行化學分析處理。

2.3 數據處理

兩種采樣方法得到測試樣品后，在實驗室內用高氯酸鋇-釷試劑滴定分析沖洗液中的SO42-濃度，并結合采樣體積計算得出煙氣中SO3濃度。煙氣中三氧化硫的SO3濃度按下面公式（1）計算，即：

式中 C-煙氣中SO3濃度，mg/m3；V-樣品測定高氯酸鋇標準使用液體積，L； V0-空白樣品測定高氯酸鋇標準使用液體積，L；80.06-SO3的摩爾質量，g/mol；Vnd-標準狀態下采樣體積，m3。

3 結果分析

3.1 測試工況

為了確保SO3濃度測試結果的準確性，試驗期間機組負荷保持在90%以上，入爐煤的硫份與熱值在小范圍內變化，鍋爐在固定的燃燒配風方式下連續穩定運行，脫硝裝置、電除塵器、濕法脫硫裝置等設備全部正常投運。煙氣中SO3濃度測試的采樣位置選在脫硝裝置出口和煙囪入口兩處，按照上述的控制冷凝法和異丙醇吸收法同時進行煙氣中SO3取樣工作，每個位置取樣3組，總計12個樣品。試驗期間入爐煤成分詳見表1。

表1 入爐煤成分

3.2 測試結果

測試機組采用兩種測試方法，分別在脫硝裝置出口和煙囪入口進行SO3濃度測試，SO3濃度測試結果詳見表2。

在脫硝裝置出口位置，采用控制冷凝法和異丙醇吸收法同時取樣，測試期間煙氣中SO2濃度平均值為1982mg/m3。控制冷凝法測得SO3濃度在35.24～36.12mg/m3之間，其平均值為35.72mg/m3。異丙醇吸收法測得SO3濃度在39.63～40.25mg/m3之間，其平均值為39.89mg/m3。兩種測試方法相比較發現，異丙醇吸收法的測試結果要高于控制冷凝法的測試結果。

在煙囪入口位置，采用控制冷凝法和異丙醇吸收法同時取樣，測試期間煙氣中SO2濃度平均值為26mg/m3。控制冷凝法測得SO3濃度在4.78～5.03mg/m3之間，其平均值為4.93mg/m3。異丙醇吸收法測得SO3濃度在4.86～5.07mg/m3之間，其平均值為4.97mg/m3。兩種測試方法相比較發現，異丙醇吸收法的測試結果與控制冷凝法的測試結果較為相近。

通過上述SO3濃度測試結果可知：采用控制冷凝法測得SO3脫除率為86.20%，采用異丙醇吸收法測得SO3脫除率為87.54%，與相關文獻中燃煤機組在超低排放改造后SO3脫除率在86%以上相符。兩種測試方法在已排除采樣溫度與粉塵干擾的前提下，SO3濃度測試結果受煙氣中SO2濃度的影響較大，當SO2濃度為1982mg/m3時，異丙醇吸收法測得SO3濃度偏高一些，其原因是采樣過程中有部分SO2在80%濃度異丙醇吸收液內被氧化成SO3，導致測量誤差增高。即煙氣中SO2濃度高的位置適合采用控制冷凝法。當SO2濃度為26mg/m3時，兩種方法測得SO3濃度相差較小。即煙氣中SO2濃度較低的位置兩種方法皆可。后續可以考慮提高異丙醇的純度降低氧化性雜質、在異丙醇內加入有效的抗氧化劑、采樣過程中在洗氣瓶內通入氮氣等手段，來拓展異丙醇吸收法的適用范圍。

4 結語

測試機組在超低排放改造后，現有環境保護設施能夠有效協同脫除非常規污染物SO3，且脫除率達能夠達到到電力行業水平。異丙醇吸收法要比控制冷凝法的測試結果偏高，并且異丙醇吸收法使用范圍受煙氣中SO2濃度影響較大，控制冷凝法相較于異丙醇吸收法適用性更廣。建議后續采取異丙醇提純、加入抗氧化劑和氮氣吹掃等手段改進采樣過程，避免煙氣中SO2被氧化成SO3，從而達到提高異丙醇吸收法測量準確性的目的。

表2 SO3濃度測試結果（mg/m3，標態、干基、6%O2）