燃煤電廠煙氣中SO3濃度測(cè)試方法研究

文_王艷鵬 王東

1 華電電力科學(xué)研究院有限公司 2 杭州華電能源工程有限公司

1 測(cè)試機(jī)組概況

以某660MW燃煤機(jī)組為例，該機(jī)組配備上海鍋爐廠生產(chǎn)制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣。其大氣污染物超低排放改造技術(shù)路線是SCR脫硝+電除塵器+石灰石-石膏濕法脫硫，排放煙氣經(jīng)過(guò)環(huán)保設(shè)施治理后滿足NOx濃度≤50mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）、SO2濃度≤35mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）、粉塵濃度≤5mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）的超低排放要求。本次煙氣中SO3的測(cè)試采樣位置選取在脫硝裝置出口和煙囪入口。

2 采樣分析方法

國(guó)內(nèi)針對(duì)SO3的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)各有不同， 目前普遍認(rèn)可的采樣方式為控制冷凝法和異丙醇吸收法，本測(cè)試分別研究在不同測(cè)試位置、不同煙氣成分下，兩種測(cè)試方法的適應(yīng)性。

2.1 控制冷凝法

控制冷凝法采用帶有伴熱的采樣槍從煙道內(nèi)等速抽取一定體積的煙氣，采樣槍溫度控制在240～260℃之間，采樣槍后加裝過(guò)濾單元，降低粉塵干擾，然后經(jīng)過(guò)定制的蛇形冷凝管（內(nèi)管長(zhǎng)度不低于2400mm）， SO3冷凝形成適宜粒徑的硫酸霧，在慣性碰撞作用下被捕集，冷凝管內(nèi)水浴溫度根據(jù)煙氣含濕量確定。采樣結(jié)束后用異丙醇溶液多次沖洗蛇形冷凝管、聚四氟乙烯導(dǎo)氣管，用取樣瓶收集好沖洗液，做好樣品標(biāo)記，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行化學(xué)分析處理。

2.2 異丙醇吸收法

異丙醇吸收法采用帶有伴熱的采樣槍從煙道內(nèi)等速抽取一定體積的煙氣，采樣槍溫度控制在260℃，過(guò)濾顆粒物后的煙氣通過(guò)2個(gè)裝有500mL、80%濃度異丙醇溶液的洗氣瓶，煙氣中SO3在洗氣瓶?jī)?nèi)被吸收。水浴溫度要求控制在0℃。采樣結(jié)束后用異丙醇溶液多次沖洗兩個(gè)洗氣瓶、聚四氟乙烯導(dǎo)氣管，用取樣瓶收集好沖洗液，做好樣品標(biāo)記，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行化學(xué)分析處理。

2.3 數(shù)據(jù)處理

兩種采樣方法得到測(cè)試樣品后，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用高氯酸鋇-釷試劑滴定分析沖洗液中的SO42-濃度，并結(jié)合采樣體積計(jì)算得出煙氣中SO3濃度。煙氣中三氧化硫的SO3濃度按下面公式（1）計(jì)算，即：

式中 C-煙氣中SO3濃度，mg/m3；V-樣品測(cè)定高氯酸鋇標(biāo)準(zhǔn)使用液體積，L； V0-空白樣品測(cè)定高氯酸鋇標(biāo)準(zhǔn)使用液體積，L；80.06-SO3的摩爾質(zhì)量，g/mol；Vnd-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下采樣體積，m3。

3 結(jié)果分析

3.1 測(cè)試工況

為了確保SO3濃度測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)期間機(jī)組負(fù)荷保持在90%以上，入爐煤的硫份與熱值在小范圍內(nèi)變化，鍋爐在固定的燃燒配風(fēng)方式下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，脫硝裝置、電除塵器、濕法脫硫裝置等設(shè)備全部正常投運(yùn)。煙氣中SO3濃度測(cè)試的采樣位置選在脫硝裝置出口和煙囪入口兩處，按照上述的控制冷凝法和異丙醇吸收法同時(shí)進(jìn)行煙氣中SO3取樣工作，每個(gè)位置取樣3組，總計(jì)12個(gè)樣品。試驗(yàn)期間入爐煤成分詳見(jiàn)表1。

表1 入爐煤成分

3.2 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試機(jī)組采用兩種測(cè)試方法，分別在脫硝裝置出口和煙囪入口進(jìn)行SO3濃度測(cè)試，SO3濃度測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表2。

在脫硝裝置出口位置，采用控制冷凝法和異丙醇吸收法同時(shí)取樣，測(cè)試期間煙氣中SO2濃度平均值為1982mg/m3?？刂评淠y(cè)得SO3濃度在35.24～36.12mg/m3之間，其平均值為35.72mg/m3。異丙醇吸收法測(cè)得SO3濃度在39.63～40.25mg/m3之間，其平均值為39.89mg/m3。兩種測(cè)試方法相比較發(fā)現(xiàn)，異丙醇吸收法的測(cè)試結(jié)果要高于控制冷凝法的測(cè)試結(jié)果。

在煙囪入口位置，采用控制冷凝法和異丙醇吸收法同時(shí)取樣，測(cè)試期間煙氣中SO2濃度平均值為26mg/m3?？刂评淠y(cè)得SO3濃度在4.78～5.03mg/m3之間，其平均值為4.93mg/m3。異丙醇吸收法測(cè)得SO3濃度在4.86～5.07mg/m3之間，其平均值為4.97mg/m3。兩種測(cè)試方法相比較發(fā)現(xiàn)，異丙醇吸收法的測(cè)試結(jié)果與控制冷凝法的測(cè)試結(jié)果較為相近。

通過(guò)上述SO3濃度測(cè)試結(jié)果可知：采用控制冷凝法測(cè)得SO3脫除率為86.20%，采用異丙醇吸收法測(cè)得SO3脫除率為87.54%，與相關(guān)文獻(xiàn)中燃煤機(jī)組在超低排放改造后SO3脫除率在86%以上相符。兩種測(cè)試方法在已排除采樣溫度與粉塵干擾的前提下，SO3濃度測(cè)試結(jié)果受煙氣中SO2濃度的影響較大，當(dāng)SO2濃度為1982mg/m3時(shí)，異丙醇吸收法測(cè)得SO3濃度偏高一些，其原因是采樣過(guò)程中有部分SO2在80%濃度異丙醇吸收液內(nèi)被氧化成SO3，導(dǎo)致測(cè)量誤差增高。即煙氣中SO2濃度高的位置適合采用控制冷凝法。當(dāng)SO2濃度為26mg/m3時(shí)，兩種方法測(cè)得SO3濃度相差較小。即煙氣中SO2濃度較低的位置兩種方法皆可。后續(xù)可以考慮提高異丙醇的純度降低氧化性雜質(zhì)、在異丙醇內(nèi)加入有效的抗氧化劑、采樣過(guò)程中在洗氣瓶?jī)?nèi)通入氮?dú)獾仁侄?，?lái)拓展異丙醇吸收法的適用范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)試機(jī)組在超低排放改造后，現(xiàn)有環(huán)境保護(hù)設(shè)施能夠有效協(xié)同脫除非常規(guī)污染物SO3，且脫除率達(dá)能夠達(dá)到到電力行業(yè)水平。異丙醇吸收法要比控制冷凝法的測(cè)試結(jié)果偏高，并且異丙醇吸收法使用范圍受煙氣中SO2濃度影響較大，控制冷凝法相較于異丙醇吸收法適用性更廣。建議后續(xù)采取異丙醇提純、加入抗氧化劑和氮?dú)獯祾叩仁侄胃倪M(jìn)采樣過(guò)程，避免煙氣中SO2被氧化成SO3，從而達(dá)到提高異丙醇吸收法測(cè)量準(zhǔn)確性的目的。

表2 SO3濃度測(cè)試結(jié)果（mg/m3，標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）