燃煤煙氣中SO3濃度對濕式電除塵器的影響

陳招妹，劉含笑，孟銀燦，劉美玲，郭高飛

（浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬T暨 311800）

1 引言

隨著我國燃煤電廠煙氣超低排放的全面施行，NOx、SO2、顆粒物等常規(guī)煙氣污染物排放得到了較好的控制，但SO3作為藍(lán)色煙羽形成的主因，其問題卻日漸突出。燃煤電廠煙氣中的SO3來源主要是，煤在燃燒過程中，絕大部分的硫被氧化成SO2，其中，0.5%～1.5%的SO2會被進一步氧化成SO3，另一部分在SCR脫硝設(shè)備中會被進一步催化氧化成SO3[1、2]。燃煤電廠煙氣中含有SO3易造成設(shè)備腐蝕、空預(yù)器堵塞等問題，通過煙囪排放后，還會形成酸雨，導(dǎo)致土壤酸化和建筑材料腐蝕。

近年來，越來越多的專家學(xué)者針對SO3的脫除問題做了大量研究工作。濕式電除塵器（WESP）作為超低排放的主力設(shè)備之一，針對其脫除SO3的性能研究也非常多。WESP通常布置在濕法脫硫（WFGD）后，作為燃煤電廠煙氣末端的精處理設(shè)備，能除去脫硫塔后濕氣體中的顆粒物、SO3酸霧等。WESP一般能脫除60%以上的SO3，最高可達90%以上，使煙氣的不透明度降低至10%以下，煙羽的濁度近乎為零[2、3]。

濕式電除塵技術(shù)能夠有效脫除SO3，但當(dāng)進入濕式電除塵器的SO3濃度達到一定程度后，反而會影響WESP的正常運行。研究發(fā)現(xiàn)，濕法脫硫后的SO3是以氣溶膠的形式存在，在進入濕式電除塵器后，易造成電暈封閉現(xiàn)象，當(dāng)濃度越來越高時，電暈封閉現(xiàn)象也越加明顯，從而影響WESP的放電特性，降低收塵效率[5～8]。

2 濕式電除塵器的脫除機理

濕式電除塵技術(shù)的收塵原理與干式電除塵技術(shù)基本相同[4]，其主要區(qū)別是清灰方式的不同，干式電除塵器一般采用振打的清灰方式，而濕式電除塵器一般采用連續(xù)噴淋或液膜自流加間歇噴淋的清灰方式。

WESP工作時，放電極在高壓直流電的作用下，將周圍的氣體分子電離成電子和正離子，然后通過電場荷電和擴散荷電兩種方式使顆粒物荷電，荷電粒子在電場力的作用下向集塵極運動，在高濕情況下，集塵極表面會形成均勻的液膜（連續(xù)噴淋也會形成液膜），荷電粒子被液膜捕獲并帶走。而采用連續(xù)噴淋的WESP，噴出的水霧既能捕獲微細(xì)顆粒物又能降其電阻率，有利于顆粒物向極板移動，所以對微細(xì)顆粒物有更好的捕集效果。

3 濕式電除塵器對SO3的脫除效率

濕式電除塵器作為燃煤電廠的末端煙氣的精處理設(shè)備，既可以高效脫除細(xì)顆粒物，又能夠?qū)崿F(xiàn)SO3的協(xié)同脫除，最高效率可達90%以上。在我國的超低排放改造過程中，得到了大規(guī)模的運用。目前，我國主流的濕式電除塵技術(shù)主要有兩種：金屬板式WESP和導(dǎo)電玻璃鋼管式WESP，各有其優(yōu)缺點。其中，金屬板式WESP具有結(jié)構(gòu)簡單可靠等優(yōu)點，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù)。

針對WESP對SO3的脫除效率，跟蹤測試了幾個項目的SO3排放情況，表1為濕式電除塵器對SO3脫除效率的實測數(shù)據(jù)。

表1 濕式電除塵器對SO3的脫除效果

從表1可看出，濕式電除塵器對于SO3有良好的脫除效率，因機組以及項目的實際需要，列舉的濕式電除塵器對SO3的脫除效率基本都達到了60%以上，部分能達到85%。據(jù)雒飛等[5]研究濕式電除塵對PM2.5/SO3酸霧脫除特性的試驗發(fā)現(xiàn)，濕式電除塵器進口煙氣中的SO3主要以亞微米霧滴的形式存在，脫除效率在30%～60%，但提高電壓和入口SO3酸霧濃度均有利于提高SO3酸霧的脫除效率。另據(jù)楊正大等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在濕式電除塵器的煙氣流速為3.6m/s的條件下，不同極配方式的濕式電除塵器對SO3的脫除效率均小于75%，當(dāng)降低到2.4m/s時，選擇合適的極配型式及噴淋方法，濕式電除塵器對SO3的脫除效率可達到90.1%。

4 高濃度SO3對濕式電除塵器的影響

4.1 SO3對濕式電除塵器的影響研究

一定濃度的SO3對干式電除塵器的收塵有一定的促進作用，裝有低低溫的干式電除塵器，往往收塵效果會有所提高，同時也可協(xié)同脫除煙氣中大量的SO3。

對于濕式電除塵器而言，進入濕式電除塵器的煙氣中的SO3以酸霧的形式存在，其顆粒粒徑一般低于0.1μm，當(dāng)濃度過高時，荷電的顆粒物形成的負(fù)離子將形成空間電荷滯留于電場中，從而影響粉塵荷電，進而影響濕式電除塵器的性能。國內(nèi)某660MW機組燃用含硫3%～4%的高硫煤，運行后濕式電除塵器的第一電場電流與空載時相比，電流由1230mA降至11mA，造成濕式電除塵器無法正常投運[7]。

在高濃度SO3酸霧的氛圍下，Huang等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，在不同電場參數(shù)下濕式電除塵器對硫酸霧協(xié)同脫除時，在放電過程中出現(xiàn)了超細(xì)氣溶膠形成的現(xiàn)象。楊正大等[6]通過試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SO3濃度由一定的濃度提高至5倍后，濕式電除塵器的運行電暈電流下降了83.1%。

以上研究表明，高濃度的SO3會對濕式電除塵器的運行電流造成影響，且濃度越高，運行電流越低。

4.2 高濃度SO3的濕式電除塵器實際運行案例

調(diào)研對象為山東某電廠700MW機組的濕式電除塵器，該機組設(shè)計燃用煤種含硫量3.2%，設(shè)計燃煤量279t/h。

調(diào)研時，實際運行時的燃用煤質(zhì)含硫量約為2.3%，運行機組負(fù)荷為600MW，考慮到節(jié)能以及濕式電除塵器運行的穩(wěn)定性等因素，在保證出口排放達標(biāo)的情況下對濕式電除塵器進行了一定程度的限流，當(dāng)日煙囪出口排放情況為SO2：19.968mg/m3；NOx：31.804mg/m3；顆粒物：0.481mg/m3。濕式電除塵器運行的二次電流電壓情況見表2。

表2 濕式電除塵器對SO3的脫除效果

通過對以上數(shù)據(jù)的整理并結(jié)合機組當(dāng)時的運行情況，可得出結(jié)論：隨著進入濕式電除塵器各個電場的SO3濃度及粉塵濃度的降低，電場運行的二次電流顯著升高。

結(jié)合張雪峰[7]等的研究結(jié)果，粉塵和SO3的存在都會對濕式電除塵器的電暈電流造成影響，但粉塵對電暈電流的影響較小，試驗結(jié)果顯示，僅降低2.4%～3.5%。因此可得出，隨著SO3濃度的提高，濕式電除塵器運行的二次電流值會降低。

5 其他脫除SO3的方式

WESP雖然可以脫除60%以上的SO3，但當(dāng)SO3濃度過高時，反而會影響WESP的正常運行，且WESP作為終端把關(guān)設(shè)備，無法解決前端設(shè)備的堵塞及腐蝕問題，因此，對于高硫煤機組，建議采用前端SO3脫除技術(shù)。

在國外，利用噴射堿性吸收劑方式脫除SO3的技術(shù)已廣泛應(yīng)用，在我國也有多家企業(yè)作了相關(guān)研究，并建立了試驗裝置或工程案例。較常用的堿性吸收劑主要有CaO、Ca(OH)2、CaCO3、MgO、Mg(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等。噴射的主要方法有兩種，一是采用干粉直接噴射，另一種采用溶液噴射。這兩種方式各有優(yōu)缺點，噴射干粉的成本較低，但效率也略低；溶液噴射主要采用鈉鹽，相對成本較高，脫除SO3的效率也較高。

此外，選擇噴射點的位置不同，所解決的問題也不同，而各個噴射點位置的溫度也不相同，導(dǎo)致各種吸收劑的效果也大不相同。目前急需研究出不同SO3吸收劑所處的最佳吸收溫度區(qū)間，以便能夠提高SO3的脫除效率，并節(jié)約成本。

6 結(jié)語

（1）WESP基于其特殊的清灰方式和技術(shù)特點，可作為燃煤電廠粉塵精處理系統(tǒng)的技術(shù)裝備使用，能有效脫除燃煤電廠煙氣中的SO3，脫除效率至少達到60%以上。

（2）煙氣中高濃度的SO3會影響濕式電除塵器正常運行，隨著SO3濃度的提高，濕式電除塵器運行的二次電流值會降低。

（3）結(jié)合研究內(nèi)容及工程經(jīng)驗，建議燃用中高硫煤的電廠（煤質(zhì)含硫量Sar≥2%，或者WESP入口SO3濃度高于80mg/m3），為保證濕式電除塵器的正常運行，考慮增加其他設(shè)備協(xié)同脫除SO3，以確保濕式電除塵器入口處的SO3濃度達到燃用低硫煤的標(biāo)準(zhǔn)。