氧化增效剂对湿法脱硫系统脱硫脱汞效率的影响

2018-08-29金玉群陈智佳刘发圣

江西电力 2018年8期

金玉群，雷静，陈智佳，刘发圣

（1.国家电投集团江西电力有限公司贵溪发电厂，江西贵溪 335400；2.国网江西省电力有限公司，江西南昌 330077；3.江西远达环保有限公司贵溪分公司，江西贵溪 335400；4.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西南昌 330096）

0 引言

汞和二氧化硫都是典型的大气污染物，汞是一种毒性非常大的重金属污染物，其能通过生物富集长期在生态系统中流动，最终富集于人体内。而且其有机化合物甲基汞具有强烈的毒性，严重危害人体健康。二氧化硫对人体和动植物都有严重的危害，而且二氧化硫还会引起酸雨对生态和社会造成无法估量的严重后果。我国多煤贫油少气的基本国情决定了我国是一个用煤大国，燃煤发电是我国汞和二氧化硫排放的主要来源。因此降低燃煤电厂二氧化硫和汞的排放对我国环境保护和污染治理有重要的意义。

目前大部分电厂都是采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，此工艺脱硫效率高，而且技术相对成熟，副产物还可以回收利用，经济性好。并且烟气中的氯化汞极易溶于水，因此湿法脱硫装置对二价汞也附带有很高的脱除率。所以脱硫塔对二氧化硫和汞的联合脱除效率一直被人们关注。但是随着全国用电量的增加，一些电厂的实际用煤的成分偏离设计煤种较大值，导致脱硫塔负荷增大，需要对其进行增容改造。脱硫塔的增容改造一般时间较长而且资金投入大，因此添加氧化增效剂成了现在很多电厂共同的选择。

本文主要研究了江西某电厂锅炉WFGD系统添加氧化增效剂前后脱硫塔的脱硫和脱汞的效率，分析增效剂对烟气中汞和二氧化硫脱除率的影响。

1 测试过程

1.1 锅炉设备简介

某电厂700MW超临界机组锅炉本体由上海锅炉有限公司设计制造。两台700MW燃煤锅炉为超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型炉。

锅炉容量和主要参数：主蒸汽和再热蒸汽的压力、温度、流量等要求与汽轮机的参数相匹配，主蒸汽温度按571℃，最大连续蒸发量（BMCR）2102t/h，最终与汽轮机的VWO工况相匹配，炉型号：SG2102/25.4－M959。

制粉系统采用中速磨冷一次风正压直吹式，每台锅炉配置6台中速磨煤机；独立密封风系统，6台磨煤机共用1台密封风机，一台备用。

燃烧系统采用四角切向布置的摆动燃烧器，在热态运行中，一、二次风喷口均可上下摆动，一次风摆角±20°，二次风摆角±30°。喷口的摆动由能反馈电信号的执行机构来实现。摆动灵活，四角同步。

油燃烧器的总输入热量按30%BMCR计算。布置三层油燃烧器，共12支，点火方式为高能电火花点燃轻油，然后点燃煤粉。每支油枪出力为3500kg/h。燃油枪采用机械雾化，喷嘴保证燃油雾化良好，避免油滴落入炉底或带入尾部烟道。

设计煤种元素分析的收到基全硫为0.8%，对应的脱硫塔入口烟气二氧化硫为1500mg/m3。

1.2 测点布置

如图1所示，采样测点分别布置在WFGD入口和出口处。测试总汞的含量和烟气中二氧化硫的浓度，用于判断增效剂对脱汞和脱硫效率的影响。测试二氧化硫浓度时将烟气分析仪连接烟道取样点，调试好仪器，取三个点分别测试二氧化硫的浓度，将测试结果进行记录汇总。测试总汞浓度时，将测试仪器连接就绪，选取3个点进行测试，测试结束后将样品回收，放入密封瓶内保存，等待进一步分析。

测试项目所用仪器、仪表都经过专业校验，且在校验有效期内。此外，在每次试验前后，都采用了具备有效校验证书的标准气体对烟气分析仪进行标定。

环境温度和大气压力测点在送风机入口有遮阳阴凉处。

图1 测点位置

1.3 测试方法

本次对于烟气中汞含量的测试采用安大略法，此法是目前国际上运用最广泛的大气汞排放检测方法。烟气中的汞主要由三种形态存在：颗粒态汞，气态单质汞和氧化态汞。安大略法针对这三种形态的汞都能测量而且有很高的测量精度，测量范围为0.5～100μg/m3。图2为安大略法的流程示意图。

如图所示，首先，取样枪在烟道的采样点等速取样，烟气在此处被吸入取样系统。在取样枪的前端有石英纤维过滤器，颗粒态汞在这个地方被捕获。随后烟气流入取样管，取样管外包裹有加热带，其温度必须维持在120℃以上，确保取样管具有一定的温度，这样可防止烟气中的汞在取样管上凝结。后面冰浴中的吸收瓶的作用是吸收单质汞和气态二价汞。二价汞在1mol/L的KCI溶液中被吸收，而单质汞则由5%硝酸+10%过氧化氢溶液和4%高锰酸钾+10%硫酸溶液吸收。随后，待取样完成对样品进行复原、消解然后对其中的汞含量进行测定。

SO2测试依据EPAMethod6C方法进行。

图2 安大略法装置示意图

1.4 测试条件和工况

为了满足测试的要求使测试结果准确对电厂的运行条件有一定的要求，如表1所示

表1 现场测试条件和工况

2 测试结果与分析

2.1 实验数据计算方法

汞浓度计算公式：

式中：A为各吸收瓶中汞浓度测量值，ug/L；Δp为真空度，kpa；C为汞浓度，ug/Nm3；V为实测烟气体积，m3。

脱汞、脱硫效率计算公式：

式中：η为脱硫效率，%；C出、C入为WFGD出、入口汞浓度，ug/Nm3。

2.2 汞和二氧化硫浓度测量结果

在640MW负荷下，在WFGD入口、WFGD出口处进行3次平行工况的测量，分别将三次结果取平均值，脱硫测试数据见表2

表2 氧化增效剂对脱硫系统前后二氧化硫浓度的影响

从表2中可以看出添加氧化增效剂后，WFGD系统对二氧化硫的脱除效率提高了4.31%，因此增效剂对二氧化硫的脱除拥有明显的促进作用。湿法脱硫装置脱除二氧化硫是因为发生了如下的反应：

湿法脱硫装置对二氧化硫的脱除效率不理想的原因主要是“双膜效应”即在吸收塔中大量的碳酸钙是以微小颗粒状存在的，而这些颗粒状碳酸钙的表面存在着气模和液膜，严重影响了二氧化硫的传质过程，阻碍了上诉反应的发生，降低了脱硫塔的脱硫效率。而且碳酸钙难溶于水也对脱硫效率带来了一定的影响。因此添加氧化增效剂的主要目的就是克服这两个问题。

增效剂主要成分有四种：表面活性剂、助溶剂、催化剂和化学轨道形成剂。这四种成分可以有效的削弱双膜效应与溶解度对脱除率的影响。首先，表面活性剂可以改变碳酸钙颗粒表面的湿润度，增强界面处的传质效果。然后助溶剂的主要作用是促进碳酸钙颗粒的溶解，加快其和溶液中碳酸根离子的反应。催化剂可以降低反应活化能加快反应的进行，而化学轨道剂则是在碳酸钙颗粒表面制造微孔和裂纹，这些微孔就是液体中的硫进入碳酸钙颗粒内部的通道。大大加快了硫的传质，从而加快了反应的速度。

在640MW负荷下，在WFGD入口、出口处进行3次平行工况的测量，分别将三次结果取平均值，脱汞的测试数据见表3

表3 氧化增效剂对脱硫系统前后汞浓度的影响

从表3中可以看出添加氧化增效剂后的脱汞效率提高了10.94%，脱汞效率有了明显的提升。湿法脱硫装置对汞的脱除效率不理想的原因主要是：二价汞在脱硫浆液中与具有强还原性的亚硫酸根离子反应，被还原为零价汞发生二次释放，而WFGD装置对零价汞几乎没有脱除作用。所以导致不能完全脱除二价汞。添加增效剂后使得脱硫浆液里的二价汞发生了络合反应，降低了溶液中的二价汞浓度从而抑制了汞的二次释放。