【燃煤烟气中SO3的形成及其控制措施】 燃煤烟气脱硫

郭彦鹏－，狄华娟ｚ，潘丹萍３，杨林军３

（１．中材国际环境工程（北京）有限公司，北京江苏苏州

１００１０２；２．国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，

２１５０００；３．东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，江苏南京２１００９６）

摘要：燃煤烟气中ＳＯ，的存在对于燃煤电站运行、周同环境及人体健康均具有严重危害。为有效降低燃煤烟气中Ｓ０，含量，在深入分析燃煤烟气中ＳＯ，来源及硫酸雾形成的基础上，介绍了国内外抑制燃煤烟气中Ｓ０，生成及有效降低其排放的控制措施．同时分析ｒ各技术的优劣，认为优化脱硝系统操作条件及采用湿式静电除尘器是目前较为有效的２种控制Ｓ０，的技术

关键词：燃煤电厂；烟气；ＳＯ，；污染控制中图分类号：Ｘ５１；ＴＭ６２１

文献标志码：Ａ

ＤＯＩ：１０．１１９３０／ｉ．醅１１．１００４—９６４９．２０１６．０８．１５４．０３

０引言

随着国家环保法律法规的日益严格．燃煤电厂污染物排放控制正受到越来越多的关注ｌｉｌ．为有效控制ＮＯ。及ＳＯ，排放，大多数燃煤电厂已经安装选择性催化还原（ＳＣＲ）／选择性非催化还原（ＳＮＣＲ）脱硝装置以及湿法烟气脱硫装置。目前燃煤烟气治理流程大多为炯气经脱硝、除尘后进入脱硫系统．最后南烟囱排人大气环境．但随着脱

硝脱硫装置的投运．安装了ＳＣＲ脱硝系统后．烟

被氧化为ＳＯ，ｌａｌ．

燃烧过程中．燃烧温度的升高．燃烧氛罔中氧元素含量以及煤中硫分的提高均有利于煤中硫分转化为ＳＯ，１５１。在部分燃烧设备中．炯气离开炉膛进入低温受热面时．由于受热面积和金属氧化物的催化作用，ＳＯ，的生成量仍不断增加１６ｌ。

当安装ＳＣＲ脱硝系统时．因ＳＣＲ催化剂可促进部分Ｓ０，氧化成Ｓ０，，烟气中ＳＯ，含量将会不同程度地增ＪＪＩｌＣ７１。ＳＣＲ脱硝系统中ＳＯ，氧化率一般为０．５％～２．０％．随着ＳＣＲ运行温度的升高，催化剂对ＳＯ，的氧化率增加…。ＳＯ，一方面会与炯气中ＮＨ，反应生成硫酸铵．当温度低于硫酸铵的分解温度时．硫酸铵会沉积在催化剂表面造成催化剂

钝化；同时，形成的Ｓ０，与逃逸的ＮＨ，和水蒸气

气中ＳＯ，浓度将会不同程度地增加并以硫酸气溶胶的形式通过娴囱排放．同时造成管路、设备及烟囱腐蚀以及排炯透明度下降㈦．硫酸气溶胶进人大气环境后．继续反应生成二次污染物．是导致

雾霾天气和酸雨的重要因素之一．严重危害了环

反应形成硫酸氢铵．造成空气预热器（空预器）堵塞．并影响空预器的换热效率１９ｌ。

１．２硫酸气溶胶的形成

炯气中ＳＯ，极易与水分子结合形成Ｈ，ＳＯ。蒸气，当烟气温度低于其酸露点时，Ｈ：ＳＯ。蒸气通过

均相成核及以颗粒物为凝结核的异质成核作用形

境及人体健康川．、

１

ＳＯ。来源及硫酸气溶胶的形成

ＳＯ。的主要来源

燃煤电厂运行过程中，会有少量Ｓ０，形成，

１．１

成硫酸气溶胶。烟气中Ｈ：ＳＯ。蒸气浓度越高，酸露点则越高。当燃煤烟气进入湿法烟气脱硫系统

时，Ｆｈ于烟气被急剧冷却降温至酸露点以下．形

其形成规律十分复杂．主要取决于锅炉燃烧运行状态、燃料中硫含量、过量空气系数、脱硝设备运行状态等等。在燃烧过程中．煤中的硫分会被氧化，其中大部分被氧化成ＳＯ，，小部分Ｓ０，继续氧化转化为Ｓ０，．而在高温下会促进Ｓ０，氧化为ＳＯ，的氧化过程．一般锅炉中０．５％～１．５％硫分会

收稿日期：２０１６－０３—２５

成大量亚微米级硫酸气溶胶。在湿法烟气脱硫系统中，脱硫浆液对Ｓ０，的吸收速率远小于Ｓ０、冷却速率。同时形成的硫酸气溶胶粒径细小．难以通过脱硫浆液洗涤有效脱除．其脱除效率一般为

作者简介：郭彦鹏（１９８８一），男，山西阳泉人，助理Ｔ程师，从事燃煤烟气脱硫脱硝及同废无害化处置工作。

Ｅ・ｍａｉｌ：ｓｈａｎｘｉｇｙｐ＠１６３．ｃｏｍ

万方数据

３０％～５０％１１０Ｊ。脱硫系统后段烟温低于酸露点后．

２．３

未被脱硫系统洗涤脱除的硫酸气溶胶会部分凝结下来，造成混凝土烟囱的低温腐蚀。文献ｆｌｌｌ认为．净烟气中的硫酸气溶胶有一部分来源于未被脱硫系统洗涤的Ｓ０，，还有一部分南未脱除的ＳＯ：新生成．这部分硫酸气溶胶是在液相中生成的，

当设置净烟气再热装置后．炯气中细小液滴的水

ＳＣＲ烟气脱硝操作条件优化

目前．ＳＣＲ脱硝Ｔ程中使用最多的催化剂是

以锐钛矿结构的Ｔｉ０，为载体，Ｖ：Ｏ，为主活性物质，同时添加ＷＯ，、ＭｏＯ，作为助催化剂。其中

ＴｉＯ，和Ｗ０，有助于抑制ＳＯ：的氧化，而Ｖ：０，作为

最重要的活性成分．会促进ＳＯ，向ＳＯ，的转化，因此改变催化剂成分配比．可以有效控制Ｓ０，的形成【１７１．对于巾、高硫煤．需要适当降低ＳＣＲ催

化剂巾Ｖ，０。的含量，同时．由于脱硝反应发生在

分会被蒸发．硫酸被浓缩．进一步加剧了后续设备的腐蚀。

２

催化剂表面，反应速率极快．而Ｓ０，氧化过程为

ＳＯ。控制措施

炉内喷碱性物质

在炉膛中喷入碱性物质．通过碱性物质与ＳＯ、

炉内

化学动力学控制．发生在催化剂所有壁厚内，反应速率较慢．通过适当减小催化剂厚度．可有效控制脱硝过程中ＳＯ、的形成１１８Ｊ。美国加文电厂采用ＢＨＫ公司开发的低ＳＯ，一ＳＯ，氧化率新系列催化剂一ＣＸ系列之后．ＳＯ，的转化率实测值低于

０．３８％．而脱硝效率保持在９４％以上¨９Ｉ。

２．１

发生反应．可以有效减少ＳＯ，的排放１１２Ｊ．

ＳＯ，转化率可降低４０％一８０％．但其脱除效率与碱性物质添加位置以及锅炉燃烧运行状况等密切相关。目前选用的碱性物质主要有钙基、镁基吸收剂…Ｉ．碱性物质对于ＳＯ，的吸附作用与该物质本身化学性质及表面物理特征相关．随着温度的升高、吸收剂与Ｓ０，摩尔比的增加以及接触时问的

延长。Ｃａ（ＯＨ）：和ＣａＣＯ，对ＳＯ，的吸附容量均有所

２．４低低温静电除尘器

目前．ｆ式静电除尘器前燃煤炯气温度一般为１２０～１６０℃．通过烟气降温装置．将温度降低

至酸露点以下．不仅可以降低烟气中粉尘比电阻．提高静电除尘器Ｔ作效率．也可以有效降低烟气

中Ｓ０，含量。当静电除尘器进口烟气温度降低至酸露点以下．ＳＯ，完全转化为硫酸雾．硫酸雾滴被高灰硫质量比（一般大于１００）粉尘包裹，通过静电除尘器时被脱除．即低低温静电除尘器脱除Ｓ０，效率可达７０％以上．具体与烟气中粉尘浓度和粉尘特性相关．以福建某６００ＭＷ机组为例和该机组采用了龙净公司的ＬＳＣ型低低温电除尘器．通过采用２级深度降温换热装置．使进口温度从

１５０

增加．其中Ｃａ（ＯＨ），吸附容量更大．以国内某燃煤电站６００ＭＷ机组为例．采用该技术能够有效脱除烟气中的ＳＯ、．同时不会对炯气性质以及下游附属设备产生不利影响．而且可以提高空气预

热器的效率…ｌ。在飞灰金属氧化物中．ＭｇＯ对ＳＯ，

的吸附作用最强．其主要为化学吸附¨５Ｊ。

２．２炉后喷碱性物质

为降低锅炉燃烧和ＳＣＲ脱硝过程氧化形成的ＳＯ，排放，选择在炉后喷入碱性物质Ｉｍ】．目前选用的碱性物质为消石灰、Ｍｇ（ＯＨ）：、ＮａＨＳＯ，等等，其脱除作用与喷人物质及位置相关。一般来说，选择在空预器之后喷人碱性物质．但当空预器后

烟气温度在酸露点以下时．为防止空预器腐蚀，

ｏＣ降至９５℃左右．烟尘比电阻从ｌＯ“～１０”Ｑ・

（：ｍ降低至ｌＯｓ～１０１０Ｑ．ｃｍ．最终使ＳＯ，脱除效率达到７３．７８％…。

２．５湿式静电除尘器

湿式静电除尘器Ｔ作原理与静电除尘器相近．分为荷电、集尘、清灰３个步骤，但是对于湿式静电除尘器，电极和电晕区会喷入水雾．同时喷雾形成的连续水膜将捕集到的粉尘冲刷至灰斗中排出。湿式静电除尘器主要安装在湿法烟气脱硫系统下游．可以有效控制细颗粒物及硫酸雾排放，ＳＯ、脱除效率达８００／＇０以上。由于湿式静电除尘器造价比较高昂，国内应用不多．上海某发电厂为满足国家关于ＰＭ，，颗粒物的标准．安装了湿式静

电除尘器．自投运以来，运行良好．能够去除９０％以上的ＰＭ，；以及Ｓ００２“．．

选择将空预器上游作为喷人点。碱性物质的喷入点还可以选择设置在干式静电除尘器（ＥＳＰ）前后．可以有效控制硫酸雾的形成和后续设备及管道腐蚀。但是当喷人点设置在ＥＳＰ之前．喷入碱性物质对ＥＳＰ丁作效率会有一定影响．具体与ＥＳＰ入口粉尘浓度增加量和粉尘比电阻变化等有关．因此不建议将碱性物质的喷人点设在ＥＳＰ之前：而在ＥＳＰ之后喷入碱性物质．通过反应形成新的颗粒物．促使烟气粉尘浓度增加。因此，在炉后喷碱性物质并不是一种良好的去除Ｓ０，的技术．它在脱除ＳＯ，的同时会带米新的问题．目前罔内外

并未有太多的应用。

３结语

随着燃煤电厂ＳＣＲ脱硝装置应用数量的不断

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