燃煤电厂烟气超低排放技术对三氧化硫脱除影响的研究

陈瑶姬　孟　炜　胡达清

浙江天地环保工程有限公司

燃煤电厂烟气超低排放技术对三氧化硫脱除影响的研究

陈瑶姬孟炜胡达清

浙江天地环保工程有限公司

针对某燃煤电厂进行了烟气超低排放技术应用的1 000 MW机组进行了SO3排放浓度测试，并分析了不同烟气净化装置对SO3的脱除效果和因素影响。测试结果表明，烟气超低排放技术可以有效降低SO3排放值，总脱除效率可达90%以上。

超低排放；燃煤电厂；SO3；脱除

China Library Classification Number: X511

Fund Item: 1 Zhejiang Province Major Scientific and Technological Projects and Key Social Development Projects (2013C03022) Research and Engineering Application of Various Flue Gas Purification Devices Assisting with Mercury Removal in Coal-Fired Power Plant; 2 Zhejiang Province Major Scientific and Technological Projects and Key Social Development Projects（2014C03018） Research and Demonstration Project of Million Watts Coal-Fired Unit Flue Gas Ultra Low Emission Technology

燃煤电厂烟气超低排放技术的应用使得燃煤电厂主要烟气污染物排放值达到天然气燃气轮标准，同时也对非常规污染物起到了脱除效果，比如说SO3。SO3是一种腐蚀性很强的污染物，不但会对空预器、烟道、烟囱等造成严重腐蚀，也是形成酸雾或酸雨的重要成分，对环境和人体健康都造成巨大危害[1，2]。因此，脱除烟气中的SO3有着重要意义。

某电厂1 000 MW机组进行了烟气超低排放技术改造，该机组采用了SCR脱硝技术（含改性催化剂）、低低温电除尘技术、湿法脱硫技术和湿式电除尘技术，本文对该机组进行了SO3排放值测试，并分析了SO3形成和烟气超低排放技术对SO3脱除的机理。

1　研究方法

1.1测试仪器与方法依据

测试方法和仪器见表1。

表1　测试方法与仪器

测点分别设在各机组SCR进出口、ESP进出口、WESP进口及烟囱入口，对SO3进行了浓度测试。

1.2煤质分析

对测试期间机组入炉煤质进行分析，结果如表2所示。

表2　机组入炉煤质

2　结果分析

2.1SCR系统对SO3的影响

业界普通认为燃煤电厂锅炉中生成的SO2有0.5%～2%转化为SO3，另由于SCR催化剂在催化还原NOX的同时会催化氧化SO2，使得SO3进一步增加[3]。于是对SCR进出口的SO3浓度进行了测试，测试结果如表3所示。

表3　不同负荷下SCR进出口SO3浓度

由表2可知，当机组负荷升高，SCR进口SO3浓度升高，而机组负荷升高意味着烟气温度的升高，因此可说明烟气温度的升高使锅炉内的SO3转化率增加。然而在SCR反应器中，SO2向SO3的转化率则与锅炉中相反，在7 50MW和1 000MW负荷下，经过SCR反应器后的SO3较入口分别增加了17.6 mg/m³和13.15 mg/m³，原烟气的SO2含量分别为1 527.75 mg/m³和1 613 mg/m³，相应的转化率分别为1.15%和0.82%，说明随着烟气温度的升高，SCR反应器中的SO2向SO3的转化率降低，而陈晓露等学者[4]经过实验室试验认为在200～400 ℃之间，随着SCR反应器内温度的升高，SO2/SO3转化率且线性增加趋势，显然这与现场测试得到的结论相反。

这与实验室试验无法完全相同模拟实际燃煤电厂SCR反应器中的环境有关，主要有以下原因。

（1）实验室中采用小型电控管式炉控制反应器内温度，炉内温度稳定且均匀，而实际SCR反应器中存在着温度偏差，且烟气温度容易波动，对实际SO2/SO3转化率造成影响。

（2）实验室反应器中的流场均匀，而实际SCR反应器中的流场存在偏差，根据SCR反应流场要求，该流场偏差值应在15%以内，这对实际SO2/SO3转化率也会造成影响。

（3）最重要的一点是，实验室试验中没有考虑温度变化之后的流量变化，始终采用同一流量进行试验，而在燃煤电厂中，当机组负荷变小，温度降低后，烟气量下降，进行SCR反应器的烟气流速降低，进而烟气在SCR反应器中的停留时间增长，延长了反应时间，增加了SO2/SO3转化率。从实际测试结果来看，显然烟气在SCR反应器中的停留时间对SO2/SO3转化率的影响要超过温度等其他因素。

（4）与实验室研究所采用的催化剂不同，该燃煤电厂采用的催化剂为改性催化剂，这种改性催化剂对汞具有较强氧化较果，同时对SO2也有一定的氧化性，但在不同温度下对SO2的氧化性能则需要进一步研究，这可能也是引起上述差异的原因之一。

2.2低低温电除尘系统对SO3脱除的影响

低低温电除尘器入口的烟气冷却器将烟气温度降至酸露点温度以下，使气态 SO3转化为液态的硫酸雾，因电除尘器入口含尘浓度很高，粉尘总表面积很大，为硫酸雾凝结附着提供了良好条件。硫酸雾附着在粉尘上之后随之进入干式电除尘器，并随后被捕捉和脱除。

低低温电除尘系统进出口SO3浓度测量值如图1所示。

图1　低低温电除尘系统进出口SO3浓度

由图1可知，当机组负荷100%时，进口低低温电除尘系统的SO3浓度较高，且对SO3的脱除效率也较高，平均脱除效率为21.8%，75%机组负荷时其脱除效率仅为4.08%。由于烟气冷却器的温度控制，不同负荷时进入低低温电除尘器的烟气温度基本一样，不存在烟气量变化和停留时间差别。在不同机组负荷下，进入低低温电除尘器的烟气的主要差别是灰含量和SO3含量，根据运行经验和实际测量值可知，100%负荷下烟气中的含灰量和SO3含量均高于75%负荷。

酸露点的计算方法很多，主流的有以下3种。

（1）日本电力研究所估算公式[5]

（2）美国通用标准公式[6]

（3）A.G.Okkes公式[7]

可见，烟气中SO3含量越高，酸露点越高，100%负荷下烟气中的SO3含量高于75%负荷，相应的酸露点较高，而进入低低温电除尘器时的烟气温度是一样的，因此在100%负荷下会有更多SO3结露，同时由于100%负荷下烟气中的含灰量更高，就给结露的SO3提供了更多的附着体，利于其附着在粉尘上被低低温电除尘器脱除，进而提高了SO3的脱除效率。

图2　湿式电除尘器进出口SO3浓度

2.3湿法脱硫系统和湿式电除尘器对SO3脱除的影响

对SO3起到最大脱除效果是湿法脱硫系统，100%负荷和75%负荷下，进入湿法脱硫系统的SO3浓度分别为48.2 mg/Nm³和46.15 mg/Nm³，出口的SO3浓度分别为11.19 mg/Nm³和10.24 mg/Nm³，脱除效率分别为76.78%和77.81%，可见其对SO3的脱除效率高且稳定，这与滕农[8]等学者认为的湿法脱硫对SO3脱除效率在53.8%～86.9%之间相符。

湿式电除尘器采用液体冲刷集尘极表面来进行清灰，可有效收集微细颗粒物（PM 2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶），因此对于SO3浓度的降低有明显的贡献。

湿式电除尘器进出口SO3浓度测量值如图2所示。

由图2可知，在两种不同负荷下的湿式电除尘器进出口SO3浓度相差较小，脱除效率分别为73.9%（100%负荷）和69.3%（75%负荷）。根据实验研究[4]，湿式电除尘器对粒径为50 µm的SO3酸雾脱除效率可达90%以上，但在本文测试中，SO3酸雾在进入湿式电除尘器之前经过了多重设备脱除，剩下的SO3气溶胶粒径非常小，粒径越小，SO3酸雾的脱除效率越低[2]，因此湿式电除尘器对SO3的实际脱除效率无法达到理论值。

2.4烟气超低排放技术对SO3脱除效果

根据测试结果，100%负荷和75%负荷下，SCR入口SO3浓度分别为48.5 mg/Nm³和30.5 mg/Nm³，烟囱总排口SO3浓度分别为为2.92 mg/Nm³和3.15 mg/Nm³，总脱除效率分别达到93.98%和89.67%，可见烟气超低排放技术可以实现对SO3的高效控制。

4　结论

（1）烟气超低排放技术可实现对SO3的高效控制，在实际测试中对SO3的总脱除效率达90%左右；

（2）SCR系统将少部分SO2转化为SO3，烟气在SCR反应器中的停留时间对SO2/SO3转化率的影响要超过温度等其他因素；

（3）低低温电除尘系统对SO3的脱除起到一定作用，机组负荷高时，其对SO3的脱除效果更好；

（4）湿法脱硫系统对SO3的脱除起到重要作用，在本次测试中，其脱除效率达76%以上；

（5）湿式电除尘器对SO3起到深度脱除作用，主要脱除粒径极小的SO3气溶胶，在本次测试中，其脱除效率达70%左右。

[1] Deeming A S, Emmett E J, Richards-Taylor C S, et al. Rediscovering the Chemistry of Sulfur Dioxide: New Developments in Synthesis and Catalysis[J]. Synthesis, 2014.

[2] 闫君. 湿式静电除雾器脱除烟气中酸雾的试验研究[D]. 山东大学，2010.

[3] 王智，贾莹光，祁宁. 燃煤电站锅炉及SCR脱硝中SO3的生成及危害[J]. 东北电力技术. 2005，（9）：1-3.

[4] 陈晓露，赵钦新，鲍颖群等. SO3脱除技术实验研究[J]. 动力工程学报. 2014.12，34（12）：966-971.

[5] Yoshio Takizawa, Katsuo Sugahara. Corrosion-resistant Ni-Cr-Mo alloys in hot concentrated sulfuric acid with active carbon[J]. Materials Science and Engineering, 1995,198:145-152.

[6] 李飞. 燃煤锅炉烟气含酸灰粒沉积特性与工程酸露点研究[D]. 山东大学，2014.

[7] A.G.Okkes, Badger B.V. Get acid dew point of flue gas[J]. Hydrocarbon Processing, 1987, (5):53-55.

[8] 滕农，张运宇，魏晗等. 石灰石/石膏湿法FGD装置除尘效率和SO3脱除率探讨[J]. 电力环境保护. 2008.8，24（4）：27-28.

Research on Coal-Fired Power Plant Flue Gas Ultra Low Emission Technology Influence on Sulfur Trioxide Removal

Chen Yaoji, Meng Wei, Hu DaqingZhejiang Tiandi
Environment Protection Engineering Limited Company

Based on sulfur trioxide concentration tests of some coal-fired power plant flue gas ultra low emission technology application at 1000MW unit, the article analyzes sulfur trioxide removal effect and factor influence of different flue gas purification devices. The test result shows that flue gas ultra low emission technology could effectively reduce sulfur trioxide emission. Total sulfur trioxide removal rate is above 90%.

Ultra Low Emission, Coal-Fired Power Plant, Sulfur Trioxide, Removal

X511

A

1.浙江省重大科技专项重点社会发展项目（2013C03022）燃煤电厂多种烟气净化装置协助同脱汞技术的研究与工程化应用；2.浙江省重大科技专项重点社会发展项目(2014C03018)百万燃煤机组烟气超低排放研究及示范项目

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2015.12.006

陈瑶姬：（1984-），女，博士，研究方向为燃煤电厂脱硫脱硝。