燃煤電廠濕法脫硫協(xié)同除塵效果及顆粒物排放特征研究

趙 琳，劉含笑，郭 瀅，方小偉，王志華，馮國華，顏士娟

(1.浙江菲達環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800；2.天津大港發(fā)電廠，天津 300270)

近幾年來，燃煤電廠煙氣超低排放呼聲愈演愈烈。江蘇、浙江、山西等地方政府紛紛出臺燃煤電廠超低排放要求，在國家層面陸續(xù)出臺了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》、《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》等，要求全國范圍實施超低排放。以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)是實現(xiàn)燃煤電廠煙氣超低排放的主要技術(shù)路線之一，該技術(shù)路線要求濕法煙氣脫硫(Wet Flue Gas Desulfurization，簡稱WFGD)協(xié)同除塵效率在70%以上。對WFGD除塵效果及出口煙塵濃度關(guān)系進行探討，表明低低溫可有效提高WFGD協(xié)同除塵效果[1-6]。國內(nèi)脫硫廠家也認為，ESP出口粉塵平均粒徑增大可有效提高WFGD協(xié)同除塵效果，但目前尚缺乏有力的試驗數(shù)據(jù)及理論支撐。

1 WFGD協(xié)同除塵效果

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

國外(主要是日本)配套低低溫電除塵技術(shù)的電廠濕法脫硫的協(xié)同除塵效率達70%～90%[2-3]，顆粒物(可過濾)排放濃度一般小于5 mg/m3。日本部分典型工程案例的實測數(shù)據(jù)如圖1所示。

以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)已成為我國燃煤電廠實現(xiàn)超低排放的主流技術(shù)路線之一。據(jù)中電聯(lián)不完全統(tǒng)計，截至2016年12月，燃煤電廠低低溫電除塵器裝機容量約0.85億kW，占全國燃煤裝機容量的9.0%，并且已在多臺1 000 MW機組實現(xiàn)工程應(yīng)用。文獻調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)采用低低溫電除塵技術(shù)+濕法脫硫技術(shù)的機組后，WFGD的協(xié)同除塵效率可達60%～70%，個別機組在60%以下，WFGD的煙塵排放質(zhì)量百分比為3.5～8.0 mg/m3。國內(nèi)部分典型工程案例的實測數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖1 日本部分典型工程案例

圖2 中國部分典型工程案例

造成國內(nèi)外WFGD協(xié)同除塵效率不同的原因有很多，一般入口煙塵濃度較高時，協(xié)同除塵效率較高。日本燃煤電廠總體煤質(zhì)較好，一般灰分<15%，硫分在0.7%～1.0%，熱值也較高。我國與日本的燃煤電廠在裝備設(shè)計、制造、運行、維護及管理等方面均有一定差異；此外，測試設(shè)備及方法等對測試結(jié)果也有一定的影響。

1.2 現(xiàn)場實測

測試儀器選用大流量濾筒采樣，可加熱至160℃，3 012 H 型自動煙塵測試儀，如圖3所示。測試方法參照ISO 12141—2002。在采樣前后對濾筒進行恒重和稱重處理，并開展空白樣品試驗(用0.01 mg電子天平進行樣品稱重)。

圖3 大流量自動煙塵采樣儀

下面分別對浙江A電廠一期1號爐1 000 MW機組和B電廠四期8號爐660 MW機組開展現(xiàn)場實測。兩個電廠均配置低低溫電除塵器，測試位置為在低低溫電除塵器出口和濕法脫硫出口煙道，在滿負荷的運行條件下，用粉塵自動等速取樣儀進行網(wǎng)格法取樣，取樣過程中記錄取樣煙氣體積、煙氣溫度、壓力和大氣壓，濾筒取樣器的空重和取樣后的實重。

測試結(jié)果如圖4所示。A電廠一期1號爐1 000 MW機組電除塵器入口煙氣溫度為95℃時，WFGD的平均協(xié)同除塵效率為49.17%。B電廠四期8號爐660 MW機組煙氣冷卻器投運前后，濕法脫硫的協(xié)同除塵效率分別為30.96%、32.61%，煙冷器投運后WFGD協(xié)同除塵效率略有提高。

圖4 測試結(jié)果

2 WFGD顆粒物排放特征

燃煤排放的煙氣中顆粒物有可過濾顆粒物、可凝結(jié)顆粒物(主要是SO3)和可溶解顆粒物(或稱可溶鹽)這三類。排放標(biāo)準規(guī)定的排放限值主要指手工濾筒(或濾膜)取樣稱重測定的可過濾顆粒物，對可凝結(jié)顆粒物和可溶解顆粒物并無考核。

2.1 可過濾顆粒物

通過對濕法脫硫的可過濾顆粒物排放特征進行調(diào)研和實測，得到WFGD可過濾顆粒物排放數(shù)據(jù)匯總?cè)鐖D5所示。對部分機組的PM2.5、總塵(TSP)濃度進行統(tǒng)計，如圖6所示。總的來說，濕法脫硫出口煙塵中PM2.5占總塵的比例最低，比常規(guī)電除塵器和濕式電除塵器都要低。這是由于電除塵器對粒徑較大的顆粒物有更好的去除效果，因此出口煙塵中PM2.5有較高的比例；但煙氣通過脫硫塔時，有可能攜帶一部分石灰石/石膏漿液，這些漿液形成的顆粒物粒徑相對較大，因此PM2.5占的比例相應(yīng)減小；在煙氣通過濕式電除塵器時，由于大粒徑顆粒物更高的去除效率，因此PM2.5的比例再次增加。

圖5 WFGD可過濾顆粒物排放數(shù)據(jù)匯總

圖6 各污染物設(shè)備出口PM2.5-TSP排放特征

值得注意的是，日立公司曾對常規(guī)電除塵器與低低溫電除塵器的出口煙塵粒徑、出口煙塵濃度以及WFGD出口顆粒物濃度關(guān)系進行了研究[7]。結(jié)果表明：常規(guī)電除塵器出口煙塵平均粒徑一般為1～2.5 μm，低低溫電除塵器出口煙塵平均粒徑大于3 μm，低低溫電除塵器出口煙塵平均粒徑明顯大于常規(guī)電除塵器；當(dāng)采用低低溫電除塵器時，WFGD出口顆粒物濃度明顯降低。

2.2 可凝結(jié)顆粒物

可凝結(jié)顆粒物主要是指SO3，燃煤電廠煙氣中的SO3主要來自煤燃燒中的硫分，其與燃料成分、鍋爐燃燒方式、機組運行參數(shù)、SCR脫硝催化劑種類等均有關(guān)系。一般來講，常規(guī)的電除塵器、濕法脫硫裝置對SO3脫除效率有限。國內(nèi)相關(guān)研究表明，單塔WFGD對SO3脫除效率一般在30%～40%，雙塔WFGD對SO3脫除效率一般在50%～65%[6]。對于布置低低溫的電除塵系統(tǒng)，根據(jù)國外的研究表明，SO3去除率一般在80%以上，最高可達90%以上。統(tǒng)計國內(nèi)外配套低低溫的電除塵系統(tǒng)對SO3去除率如圖7所示[8-19]。

圖7 低低溫電除塵系統(tǒng)對SO3脫除率及WFGD出口SO3排放數(shù)據(jù)匯總

低低溫電除塵系統(tǒng)可實現(xiàn)較高的SO3脫除率，與國外相比，國內(nèi)低低溫電除塵系統(tǒng)SO3脫除率還有一定差距，一方面是本身技術(shù)上還有待提升，另一方面是由于國內(nèi)SO3測試技術(shù)不完善、標(biāo)準不合理等原因，導(dǎo)致測試誤差較大。

2.3 可溶解顆粒物

圖8 硫酸鈣及氯化鈣在水中的溶解度

文獻[20]曾對3種不同類型的濕法脫硫進行現(xiàn)場實測。研究表明：石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)出口的溶解結(jié)顆粒物大于可過濾顆粒物；NaOH法鑒于水膜除塵性能低，導(dǎo)致可過濾顆粒物最大，大于可溶解顆粒物濃度；鎂法脫硫出口的可過濾顆粒物和可溶解顆粒物濃度相當(dāng)。

3 結(jié)語

當(dāng)前排放標(biāo)準規(guī)定的排放限值主要指手工濾筒(或濾膜)取樣稱重測定的可過濾顆粒物，對可凝結(jié)顆粒物和可溶解顆粒物并無考核。當(dāng)配置低低溫電除塵器時，國內(nèi)外WFGD的協(xié)同除塵效率達到70%以上的，但確實存在部分機組除塵效率偏低的情況。若能提高這些機組WFGD的協(xié)同除塵效率，出口顆粒物濃度將有較大的下降空間。因此，后續(xù)對WFGD協(xié)同除塵效率的影響因素及相應(yīng)提效措施的研究是十分必要的。

參考文獻：

[1] 王樹民,張翼,劉吉臻.燃煤電廠細顆粒物控制技術(shù)集成應(yīng)用及“近零排放”特性[J].環(huán)境科學(xué)研究,2016,29(9):1256-1263.

WANG Shumin, ZHANG Yi, LIU Jizhen. Integrated Application of Fine Particulate Matter Control Technologies and Their “Near-Zero Emission” Characteristics in Coal-Fired Power Plants[J]．2016，29(9):1256-1263.

[2] LI J G, YAO Y P, LI W D, et. The Research on Co-benefit Control Technical Route of Flue Gas “Ultra-clean Emission” for Coal-fired Power Plants[C]//8th i-CIPEC. Hangzhou. 2014.

[3]酈建國, 酈祝海, 李衛(wèi)東, 等. 燃煤電廠煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2015(5): 52-56.

LI Jianguo, LI Zhuhai, LI Weidong, et al. Research on Flue Gas Co-benefit Control Technical Route in Coal-fired Power Plants[J]．China Environmental Protection Industry，2015(5)：52-56.

[4]何毓忠, 何海濤, 胡露鈞, 等. 低低溫電除塵技術(shù)的工程應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2016(4):22-24.

HE Minzhong, HE Haitao, HU Lujun, et al. Engineering Application of Electric Precipitation Technology with Low-low Temperature[J]．China Environmental Protection Industry，2016(4)：22-24.

[5]陳牧,胡玉清,桂本. 利用協(xié)同治理技術(shù)實現(xiàn)燃煤電廠煙塵超低排放[C]//燃煤電廠“超低排放”新技術(shù)交流研討會暨環(huán)保技術(shù)與裝備專委會年會.2015.

[6]潘丹萍,吳昊,鮑靜靜,等. 電廠濕法脫硫系統(tǒng)對煙氣中細顆粒物及SO3酸霧脫除作用研究[J].中國電機工程學(xué)報,2016,36(16):4356-4362.

PAN Danping, WU Hao, BAO Jingjing, et al. Removal Effect of Wet Flue Gas Desulfurization System and SO3on Fine Particles From a Coal-fired Power Plant[J]．Proceedings of the CSEE，2016.36(16):4356-4362.

[7]中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會. 燃煤電廠煙氣超低排放技術(shù)[M]. 北京:中國電力出版社,2015.

[8]劉含笑，袁建國，酈祝海，等. 低低溫工況下顆粒凝并機理分析及研究方法初探[J]. 電力與能源， 2015,36(2)：107-111.

LIU Hanxiao, YUAN Jianguo, LI Zhuhai, et al. Mechanism Analysis and Research Methods of Particle Coagulation Under Low-Low Temperature Condition[J]. Power & Energy．2015，36(2)：107-111．

[9]劉含笑, 姚宇平, 酈建國, 等. 燃煤電廠煙氣中SO3生成、治理及測試技術(shù)研究[J]. 中國電力, 2015，48(9):152-156.

LIU Hanxiao, YAO Yuping, LI Jianguo, et al. Study on SO3Generation, Control and Testing Technology for Coal-fired Power Plants[J]．Electric Power，201 5，48(9)：152-156．

[10]張緒輝.低低溫電除塵器對細顆粒物及三氧化硫的協(xié)同脫除研究[D].北京：清華大學(xué)，2015.

[11]史文崢，楊萌萌，張緒輝，等.燃煤電廠超低排放技術(shù)路線與協(xié)同脫除[J].中國電機工學(xué)學(xué)報,2016,36(16)：4308-4318.

SHI Wenzheng, YANG Mengmeng, ZHANG Xuhui, et al. Ultra-low Emission Technical Route of Coal-fired Power Plants and the Cooperative Removal[J]．Proceedings of the CSEE，2016，36( 16)：4308-4318．

[12]胡斌，劉勇，任飛，等.低低溫電除塵協(xié)同脫除細顆粒與SO3[J].中國機電工程學(xué)報,2016,36(16)：4319-4325.

HU Bin, LIU Yong, REN Fei, et al. Experimental on Simultaneous Control of Fine Particle and SO3by Low-low Temperature Electrostatic Precipitator[J]. Proceedings of the CSEE，2016，36(16)：4319-4325.

[13]陳瑤姬，孟煒，胡達清.燃煤電廠煙氣超低排放技術(shù)對三氧化硫脫除影響的研究[J].上海節(jié)能,2015(12)：657-660.

CHEN Yaoji, MENG Wei, HU Daqing. Research on Coal-Fired Power Plant Flue Gas Ultra Low Emission Technology Influence on Sulfur Trioxide Removal[J]．Shanghai Energy Conservation，2015( 12)：657-660．

[14]李志敏.燃煤鍋爐排煙的酸-灰耦合作用與露點的動態(tài)變化機制研究[D]. 濟南：山東大學(xué)，2016.

[15]張緒輝.低低溫電除塵器對細顆粒物及三氧化硫的協(xié)同脫除研究[D].北京：清華大學(xué)，2015.

[16]楊昱，武建新.SO3煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)在提高靜電除塵器效率中的應(yīng)用[J].機械工程與自動化,2012(6)：204-205.

YANG Yu, WU Jianxin. Using SO3Flue Gas Conditioning Technology to Improve Electrostatic Precipitator's Efficiency[J]． Mechanical Engineering & Automation，2012(6)：204-205.

[17]魏宏鴿，葉偉平，柴磊，等. 濕法脫硫系統(tǒng)除塵效果分析與提效措施[J]. 中國電力，2015，8(48)：33-36.

WEI Hongge, YE Weiping, CHAI Lei, et al. Analysis of Dust Removal Effect in Wet-FGD System and its Efficiency-Enhancement Techniques[J]．Electric Power，2015，8(48)：33-36．

[18]潘丹萍，吳昊，姜業(yè)正，等. 應(yīng)用水汽相變促進濕法脫硫凈煙氣中PM2.5和SO3酸霧脫除的研究[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報, 2016 ,1(44)：114-119.

PAN Danping, WU Hao, JIANG Yezheng, et al. Improvement in Removal of Fine Particles and SO3 Acid Mist From Desulfurized Flue Gas With Heterogeneous Condensation[J]．Journal of Fuel Chemistry and Technology．2016 ,1(44):114-119.

[19]劉含笑，袁建國，郭鏈，等. WFGD除霧器流場及除霧特性的數(shù)值研究[J]. 電力與能源, 2015,33(6)：863-868.

LIU Hanxiao, YUAN Jianguo, GUO Lian, et al. Numerical Research on Flow Field and Demisting Features of Wet Desulphurization Device Demister[J]. Power & Energy, 2015，33(6)：863-868．

[20]石愛軍，胡月琪，白志鵬，等. 濕法脫硫煙氣中多形態(tài)顆粒物的測量方法及特征[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2017,33(2)：101-109.

SHI Aijun, HU Yueqi, BAI Zhipeng, et al. Characterization of the Inorganic Ionic Composition of Multi-state Particulate Matter in Wet Desulfurized Flue Gas from Stationary Sources by a New Assembled Device[J]． Environmental Monitoring in China, 2017，33(2)：101-109．