300 MW發(fā)電機(jī)組濕式靜電除塵技術(shù)SO3排放控制研究

(1.中國華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100070； 2.華電環(huán)保系統(tǒng)工程有限公司，北京 100070)

0 引言

SO3作為火電廠煙氣中的一種微量污染物，造成的危害極大，不僅對電廠長周期的安全運(yùn)行造成潛在威脅，同時也會對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染[1]。隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，燃煤電廠為了有效地降低煙氣中SO2和NOx的排放量，遏制酸雨的蔓延，紛紛建設(shè)脫硝及脫硫裝置。但隨著燃煤鍋爐脫硫、脫硝裝置的建成投運(yùn)，燃煤電廠鍋爐在燃燒過程中產(chǎn)生的SO3經(jīng)過脫硝、脫硫后其濃度會有所增加，并以硫酸氣溶膠的狀態(tài)通過煙囪排放，增加了煙囪排放的煙羽濁度[2]。對于燃燒高硫煤且采用濕法脫硫和選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)的機(jī)組來說，SO3所引起的排煙不透明問題是無法忽視的。因此，研究火電廠煙氣冷卻條件下SO3的脫除具有重要意義。

1 研究內(nèi)容及方法

基于廣安電廠燃用高硫煤的特點，本文將重點研究濕式靜電除塵技術(shù)在不同工況下對高硫煤地區(qū)SO3去除的影響。同時，本課題將通過霧化系統(tǒng)的啟停，觀察濕式靜電除塵器對SO3脫除效率的影響。

1.1 濕式靜電除塵器工作原理

濕式除塵器是通過在放電極和收塵極之間施加直流高壓，兩級間產(chǎn)生不均勻電場，荷電顆粒在電場中受電場力作用被收塵極收集。濕式靜電除塵器的工作原理與干式除塵器是基本相同的，只是脫除的物質(zhì)中含有水滴。首先，水滴的存在對電極放電產(chǎn)生了明顯的影響，大大削弱了表面勢壘對自由電子的阻礙作用，使電子易于發(fā)射[2]。其次，由于水滴的存在，水的電阻相對較小，水滴與粉塵結(jié)合后，使得高比電阻粉塵比電阻下降，濕式靜電除塵器的工作狀態(tài)會更加穩(wěn)定[2]。

1.2 研究方法

廣安電廠二期2臺機(jī)組(#33，#34)裝機(jī)容量為2×300 MW，濕式靜電除塵器布置在脫硫塔與煙囪之間，采用立管蜂窩式結(jié)構(gòu)、下進(jìn)上出式，包含陽極模塊、陰極系統(tǒng)、霧化系統(tǒng)、絕緣子室、熱風(fēng)系統(tǒng)、沖洗水系統(tǒng)及排污系統(tǒng)等。其中，陽極模塊采用導(dǎo)電玻璃鋼材質(zhì)，陰極系統(tǒng)通過絕緣子室吊掛于濕式靜電除塵器本體鋼結(jié)構(gòu)上，霧化系統(tǒng)利于水膜形成，益于顆粒凝并，熱風(fēng)系統(tǒng)提供熱風(fēng)正壓保護(hù)，沖洗及排污系統(tǒng)保證污染物及時排出。濕式靜電除塵器設(shè)計煙氣量為190 萬m3/h，SO3去除率≥90 %，采用四室一電場、4套高頻恒流源供電。

1.2.1 數(shù)值模擬研究

本文采用FLUENT軟件模擬研究了濕式靜電除塵器內(nèi)的流體流動特性，確定了流動紊亂區(qū)域位置、導(dǎo)流板整流結(jié)構(gòu)及其尺寸，基于有限元方法對濕式除塵器進(jìn)行了流場優(yōu)化，保證除塵器對污染物的有效脫除。除塵裝置模型的整體網(wǎng)格劃分結(jié)果和陽極管入口上游0.5 m處截面速度云圖如圖1和圖2所示。

圖1 整體網(wǎng)格劃分Fig.1 Overall meshing

設(shè)置煙道內(nèi)導(dǎo)流板是為保證煙氣在進(jìn)入陽極管區(qū)域上游截面內(nèi)的速度大小分布均勻。由圖1、圖2可知，煙氣從脫硫塔出口經(jīng)過彎頭和變徑，行至濕式靜電除塵器入口時流場分布規(guī)則，流場較好，可以保證污染物的有效脫除。

1.2.2 SO3測試方法

濕式靜電除塵器SO3濃度由濕化學(xué)法采樣進(jìn)行分析，并由煙氣分析儀測試過程中的原煙氣O2濃度，同時實測煙囪入口中的O2濃度。SO3脫除率按如下公式計算：

式中：w(SO3)rawgas為原煙氣SO3質(zhì)量濃度(標(biāo)態(tài)、6% O2)；w(SO3)cleangas為折算到煙囪入口煙氣SO3質(zhì)量濃度(標(biāo)態(tài)、6% O2)。

2 測試結(jié)果

2.1 二次電流及二次電壓與SO3脫除效率的關(guān)系

試驗對象為廣安電廠二期2臺機(jī)組中的一臺，分別測取了相同負(fù)荷下不同二次電壓及二次電流的3種工況。從3個測試工況結(jié)果可以看出，在一定范圍內(nèi)，SO3脫除率均隨二次電流及二次電壓的升高而升高，具體如圖3和圖4所示。

圖3 二次電流與SO3脫除率關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between secondary current and SO3 removal rate

圖4 二次電壓與SO3脫除率關(guān)系曲線Fig.4 Relationship between secondary voltage and SO3 removal rate

由圖4可以看出，在一定范圍內(nèi)，SO3的脫除率隨著二次電壓的升高而提高。這是因為，粒子荷電量與電場強(qiáng)度成正比，電場強(qiáng)度與電壓成正比，隨著電壓的升高，電場強(qiáng)度增大，粒子荷電量也增大。荷電顆粒的驅(qū)進(jìn)速度與顆粒所處靜電場強(qiáng)度、顆粒荷電量、介質(zhì)黏度和粒子直徑有關(guān)。驅(qū)進(jìn)速度隨著電場強(qiáng)度及粒子荷電量的增大而增大，因此會表現(xiàn)為在一定范圍內(nèi)SO3的脫除率升高。同時可以看出，即使是在較低電壓下，SO3的脫除率依然比較高。這是因為，這種濕煙氣的環(huán)境使電極電離放電更容易，同時液滴普遍比粉塵顆粒的電阻率小，所以在低電壓的情況下依然有比較高的脫除率。而且國內(nèi)閆君[1]及國外C. Anderlohr[3]等人同時證明，SO3的脫除率與二次電壓的變化具有相同的特性關(guān)系。

2.2 霧化裝置對SO3脫除效率提效的影響

煙氣溫度對濕式靜電除塵器的除塵效率有一定影響。一般情況下，通過在濕式除塵器入口加裝霧化裝置可以起到煙氣調(diào)質(zhì)的目的，強(qiáng)化顆粒凝并，增大顆粒粒徑，提高濕式靜電除塵器的除塵效率。

圖5所示為2臺機(jī)組在較高二次電壓下，電源二次電流與SO3脫除率的關(guān)系曲線。在測試過程中，#33機(jī)組關(guān)閉霧化系統(tǒng)，#34機(jī)組開啟霧化系統(tǒng)。從測試結(jié)果看，關(guān)閉霧化系統(tǒng)的#33機(jī)組在同樣二次電流設(shè)定情況下，SO3脫除率略高于開啟霧化系統(tǒng)的#34機(jī)組。但2臺機(jī)組煙氣入口參數(shù)不完全相同，因此，霧化系統(tǒng)對SO3脫除率的影響大小需進(jìn)一步考證。

圖5 #33和 #34機(jī)電源二次電流與SO3脫除率關(guān)系曲線Fig.5 Relationship between secondary current of No.33 and No.34 unit power supplyand SO3 removal rate

3 結(jié)論

廣安電廠2臺300 MW機(jī)組經(jīng)設(shè)置濕式除塵器后，SO3排放得到明顯的改善。運(yùn)行結(jié)果表明，濕式靜電除塵器能夠?qū)崿F(xiàn)SO3與粉塵等顆粒物的凝并脫除，對于大幅度降低煙氣中SO3的濃度具有十分顯著的作用。從#34機(jī)組3個測試工況結(jié)果可以看出，SO3脫除率均隨二次電流及二次電壓的升高而升高。

濕式靜電除塵技術(shù)在廣安電廠2臺300 MW機(jī)組上的成功應(yīng)用，對其他高硫煤地區(qū)SO3的脫除具有一定借鑒意義。