300 MW发电机组湿式静电除尘技术SO3排放控制研究

(1.中国华电科工集团有限公司，北京 100070； 2.华电环保系统工程有限公司，北京 100070)

0 引言

SO3作为火电厂烟气中的一种微量污染物，造成的危害极大，不仅对电厂长周期的安全运行造成潜在威胁，同时也会对大气环境造成严重污染[1]。随着环保法规的日趋严格，燃煤电厂为了有效地降低烟气中SO2和NOx的排放量，遏制酸雨的蔓延，纷纷建设脱硝及脱硫装置。但随着燃煤锅炉脱硫、脱硝装置的建成投运，燃煤电厂锅炉在燃烧过程中产生的SO3经过脱硝、脱硫后其浓度会有所增加，并以硫酸气溶胶的状态通过烟囱排放，增加了烟囱排放的烟羽浊度[2]。对于燃烧高硫煤且采用湿法脱硫和选择性催化还原(SCR)脱硝技术的机组来说，SO3所引起的排烟不透明问题是无法忽视的。因此，研究火电厂烟气冷却条件下SO3的脱除具有重要意义。

1 研究内容及方法

基于广安电厂燃用高硫煤的特点，本文将重点研究湿式静电除尘技术在不同工况下对高硫煤地区SO3去除的影响。同时，本课题将通过雾化系统的启停，观察湿式静电除尘器对SO3脱除效率的影响。

1.1 湿式静电除尘器工作原理

湿式除尘器是通过在放电极和收尘极之间施加直流高压，两级间产生不均匀电场，荷电颗粒在电场中受电场力作用被收尘极收集。湿式静电除尘器的工作原理与干式除尘器是基本相同的，只是脱除的物质中含有水滴。首先，水滴的存在对电极放电产生了明显的影响，大大削弱了表面势垒对自由电子的阻碍作用，使电子易于发射[2]。其次，由于水滴的存在，水的电阻相对较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电阻粉尘比电阻下降，湿式静电除尘器的工作状态会更加稳定[2]。

1.2 研究方法

广安电厂二期2台机组(#33，#34)装机容量为2×300 MW，湿式静电除尘器布置在脱硫塔与烟囱之间，采用立管蜂窝式结构、下进上出式，包含阳极模块、阴极系统、雾化系统、绝缘子室、热风系统、冲洗水系统及排污系统等。其中，阳极模块采用导电玻璃钢材质，阴极系统通过绝缘子室吊挂于湿式静电除尘器本体钢结构上，雾化系统利于水膜形成，益于颗粒凝并，热风系统提供热风正压保护，冲洗及排污系统保证污染物及时排出。湿式静电除尘器设计烟气量为190 万m3/h，SO3去除率≥90 %，采用四室一电场、4套高频恒流源供电。

1.2.1 数值模拟研究

本文采用FLUENT软件模拟研究了湿式静电除尘器内的流体流动特性，确定了流动紊乱区域位置、导流板整流结构及其尺寸，基于有限元方法对湿式除尘器进行了流场优化，保证除尘器对污染物的有效脱除。除尘装置模型的整体网格划分结果和阳极管入口上游0.5 m处截面速度云图如图1和图2所示。

图1 整体网格划分Fig.1 Overall meshing

设置烟道内导流板是为保证烟气在进入阳极管区域上游截面内的速度大小分布均匀。由图1、图2可知，烟气从脱硫塔出口经过弯头和变径，行至湿式静电除尘器入口时流场分布规则，流场较好，可以保证污染物的有效脱除。

1.2.2 SO3测试方法

湿式静电除尘器SO3浓度由湿化学法采样进行分析，并由烟气分析仪测试过程中的原烟气O2浓度，同时实测烟囱入口中的O2浓度。SO3脱除率按如下公式计算：

式中：w(SO3)rawgas为原烟气SO3质量浓度(标态、6% O2)；w(SO3)cleangas为折算到烟囱入口烟气SO3质量浓度(标态、6% O2)。

2 测试结果

2.1 二次电流及二次电压与SO3脱除效率的关系

试验对象为广安电厂二期2台机组中的一台，分别测取了相同负荷下不同二次电压及二次电流的3种工况。从3个测试工况结果可以看出，在一定范围内，SO3脱除率均随二次电流及二次电压的升高而升高，具体如图3和图4所示。

图3 二次电流与SO3脱除率关系曲线Fig.3 Relationship between secondary current and SO3 removal rate

图4 二次电压与SO3脱除率关系曲线Fig.4 Relationship between secondary voltage and SO3 removal rate

由图4可以看出，在一定范围内，SO3的脱除率随着二次电压的升高而提高。这是因为，粒子荷电量与电场强度成正比，电场强度与电压成正比，随着电压的升高，电场强度增大，粒子荷电量也增大。荷电颗粒的驱进速度与颗粒所处静电场强度、颗粒荷电量、介质黏度和粒子直径有关。驱进速度随着电场强度及粒子荷电量的增大而增大，因此会表现为在一定范围内SO3的脱除率升高。同时可以看出，即使是在较低电压下，SO3的脱除率依然比较高。这是因为，这种湿烟气的环境使电极电离放电更容易，同时液滴普遍比粉尘颗粒的电阻率小，所以在低电压的情况下依然有比较高的脱除率。而且国内闫君[1]及国外C. Anderlohr[3]等人同时证明，SO3的脱除率与二次电压的变化具有相同的特性关系。

2.2 雾化装置对SO3脱除效率提效的影响

烟气温度对湿式静电除尘器的除尘效率有一定影响。一般情况下，通过在湿式除尘器入口加装雾化装置可以起到烟气调质的目的，强化颗粒凝并，增大颗粒粒径，提高湿式静电除尘器的除尘效率。

图5所示为2台机组在较高二次电压下，电源二次电流与SO3脱除率的关系曲线。在测试过程中，#33机组关闭雾化系统，#34机组开启雾化系统。从测试结果看，关闭雾化系统的#33机组在同样二次电流设定情况下，SO3脱除率略高于开启雾化系统的#34机组。但2台机组烟气入口参数不完全相同，因此，雾化系统对SO3脱除率的影响大小需进一步考证。

图5 #33和 #34机电源二次电流与SO3脱除率关系曲线Fig.5 Relationship between secondary current of No.33 and No.34 unit power supplyand SO3 removal rate

3 结论

广安电厂2台300 MW机组经设置湿式除尘器后，SO3排放得到明显的改善。运行结果表明，湿式静电除尘器能够实现SO3与粉尘等颗粒物的凝并脱除，对于大幅度降低烟气中SO3的浓度具有十分显著的作用。从#34机组3个测试工况结果可以看出，SO3脱除率均随二次电流及二次电压的升高而升高。

湿式静电除尘技术在广安电厂2台300 MW机组上的成功应用，对其他高硫煤地区SO3的脱除具有一定借鉴意义。