作者 | 王鳳陽 呂海生 鐘犁 韓立鵬 江建忠 肖平

中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):

①控制冷凝法采樣過程中的過濾裝置和螺旋離心管對(duì)采樣準(zhǔn)確性有重要影響，控制冷凝法采樣過程中宜采用撞擊除塵與過濾除塵相結(jié)合的方式;采樣過程中冷凝溫度控制宜實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整，精確控制;

②控制冷凝-離子色譜法采樣溶液中含有的鹵素離子部分反映采樣誤差大小，可以根據(jù)其濃度相對(duì)高低來調(diào)整冷凝溫度以降低采樣誤差;

③SCR能夠強(qiáng)烈氧化煙氣中的二氧化硫生成三氧化硫,其濃度升高約3倍，空預(yù)器對(duì)三氧化硫的去除效率約為86%。

0引言

作為一種新興污染物，燃煤電廠的三氧化硫污染問題曰益受到關(guān)注。燃煤電廠煙囪排煙中三氧化硫質(zhì)量濃度達(dá)到18mg/m3，煙氣會(huì)產(chǎn)生明顯肉眼可見的藍(lán)色，影響排煙透明度。

此外，由于三氧化硫會(huì)提高煙氣的酸露點(diǎn)，在煙氣降溫后，發(fā)生凝結(jié)，形成硫酸，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和管道產(chǎn)生腐蝕，特別是空氣預(yù)熱器和尾部煙道。闡明燃煤電廠三氧化硫的生成機(jī)制及在生產(chǎn)過程中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律對(duì)于高效、低成本的實(shí)現(xiàn)三氧化硫的排放控制和削減對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的負(fù)面影響至關(guān)重要。 煙氣中三氧化硫的濃度檢測(cè)是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。

目前，煙氣中三氧化硫的測(cè)試方法主要以異丙醇吸收法和控制冷凝法為主。異丙醇吸收法以高濃度異丙醇溶液(80% )作為吸收液，煙氣在去除顆粒物之后通過吸收液，其中的三氧化硫被吸收，而二氧化硫則不發(fā)生氧化吸收，能夠通過吸收液。通過后續(xù)測(cè)定異丙醇吸收液中的硫酸根離子濃度，能夠計(jì)算得到煙氣中的三氧化硫濃度。

但在實(shí)際操作中，煙氣中的少部分二氧化硫會(huì)溶解于吸收液中，在被氧化成為三氧化硫后對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。消除這一誤差的主要方式是對(duì)采樣過后的吸收液通過氮?dú)獾榷栊詺怏w吹掃去除其中的二氧化硫。控制冷凝法則是依靠可控溫度下離心力的作用來實(shí)現(xiàn)三氧化硫的分離捕集。煙氣在過濾顆粒物后進(jìn)入螺旋離心管，煙氣在作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，由于離心力作用，三氧化硫被捕集在螺旋離心管的管壁上，同時(shí)該離心管通過水浴加熱，控制溫度在65~80°C ,保證低于酸露點(diǎn)而高于水蒸氣和其他酸性氣體的露點(diǎn)。采樣結(jié)束后，使用高純水清洗螺旋離心管，通過測(cè)定高純水中的硫酸根離子濃度計(jì)算煙氣中三氧化硫的濃度。控制冷凝法是當(dāng)前燃煤電廠煙氣三氧化硫的主要測(cè)試方法。研究普遍認(rèn)為，煙氣中的三氧化硫主要來自于2部分：鍋爐爐膜內(nèi) 0. 5% ~2%的二氧化硫轉(zhuǎn)化生成三氧化硫，選擇性催化還原裝置(SCR)催化0. 3% ~2%的二氧化硫生成三氧化硫。

可見，三氧化硫的測(cè)試環(huán)境包含整個(gè)燃煤電廠生產(chǎn)流程。然而，當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于燃煤電廠實(shí)際生產(chǎn)過程中的三氧化硫測(cè)試結(jié)果還較少，對(duì)于控制冷凝法在實(shí)際測(cè)試過程中相關(guān)具體技術(shù)問題的認(rèn)識(shí)還不夠深入。因此，本文采用控制冷凝法對(duì)某燃煤電廠生產(chǎn)過程中不同煙氣環(huán)境條件下的三氧化硫濃度進(jìn)行了測(cè)試，分析了控制冷凝法所面臨的技術(shù)問題，并提出了解決建議。

1測(cè)試情況

1.1 測(cè)試方法與設(shè)備

采用控制冷凝法對(duì)燃煤電廠煙氣三氧化硫進(jìn)行采樣。控制冷凝法的原理如圖1所示。

                                          圖1 控制冷凝法采樣序列示意

首先煙氣經(jīng)過一個(gè)過濾器去除其中的顆粒物，隨后進(jìn)入到伴熱煙槍中被引出煙道，伴熱煙槍溫度維持在180℃，以避免煙氣中的成分，特別是三氧化硫在煙槍中發(fā)生凝結(jié)，影響到測(cè)量結(jié)果。

此后煙氣進(jìn)入螺旋離心管，煙氣中的三氧化硫被捕集。螺旋離心管長(zhǎng)度為500mm。螺旋離心管通過水浴加熱，溫度維持在65~75℃。在螺旋離心管之后，測(cè)試裝置布置有兩個(gè)3%濃度的H2O2吸收瓶吸收煙氣中的酸性氣體等雜質(zhì)，一個(gè)硅膠瓶以去除氣體中的水分。

最后通過流量計(jì)和泵排入大氣。采樣流量為10L/min。在采樣結(jié)束后，停止水浴加熱，排空熱水，取下螺旋離心管，從煙氣流經(jīng)的反方向使用高純水進(jìn)行沖洗，重復(fù)3次。將沖洗得到的溶液統(tǒng)一收集至容器中，定容后保存在4℃下。本研究中采用離子色譜對(duì)溶液中的硫酸根離子濃度進(jìn)行分析，計(jì)算煙氣中三氧化硫濃度。

1.2 測(cè)試燃煤電廠和測(cè)試點(diǎn)位

在某燃煤電廠機(jī)組上選取了4個(gè)不同的測(cè)試點(diǎn)位，對(duì)煙氣中三氧化硫濃度進(jìn)行了采樣分析。

該機(jī)組裝機(jī)容量為360MW，主要生產(chǎn)流程為燃煤鍋爐、省煤器、SCR、空預(yù)器、靜電除塵器、石灰石-石膏濕法脫硫塔。為了考察不同煙氣環(huán)境下控制冷凝法的測(cè)試效果，選取SCR前、SCR后、空預(yù)器后和除塵器后4個(gè)測(cè)試點(diǎn)位。

考慮到SCR前代表了鍋爐出口煙氣三氧化硫濃度，反映了鍋爐內(nèi)三氧化硫生成情況，SCR后代表了 SCR對(duì)二氧化硫的催化效果，空預(yù)器后和除塵器后則反映了空預(yù)器和除塵器對(duì)三氧化硫的捕集效果。4個(gè)測(cè)試點(diǎn)位煙氣溫度逐漸降低(350 ~ 140℃)，可以考察測(cè)試方法對(duì)采樣煙氣溫度的適應(yīng)性。

此外，4個(gè)采樣點(diǎn)中，SCR前煙氣中含有高濃度的氮氧化物，而SCR后、空預(yù)器后和除塵器后的煙氣中氮氧化物濃度較低，且含有少量的氨，能夠反映煙氣成分變化對(duì)測(cè)試方法的影響。最后，前3個(gè)測(cè)試點(diǎn)位(SCR前后和空預(yù)器后)煙氣中含有高濃度的顆粒物，而除塵后則含有微量的顆粒物，能夠反映測(cè)試方法對(duì)含有不同顆粒物濃度的煙氣的適應(yīng)性。

2測(cè)試結(jié)果與討論

2.1三氧化硫采樣過程討論

(1)過濾裝置

煙氣中三氧化硫的采樣和測(cè)定針對(duì)氣態(tài)三氧化硫進(jìn)行。如果煙氣中含有顆粒物，在螺旋離心管中將與三氧化硫一起被捕集在管壁當(dāng)中，經(jīng)過高純水清洗之后，進(jìn)入到最后的溶液中。對(duì)顆粒物來說，這相當(dāng)于高純水浸出，顆粒物表面含有的硫酸根基團(tuán)將進(jìn)入溶液當(dāng)中，對(duì)測(cè)定結(jié)果造成影響。因此，在測(cè)定中需要先去除煙氣中的顆粒物。

在之前的研究中，通常采用加熱過濾器，處于伴熱煙槍之后，在去除顆粒物的同時(shí)盡量避免對(duì)三氧化硫測(cè)試的影響。本文采用剛玉材質(zhì)的過濾器，并處于整套系統(tǒng)的最前端，此時(shí)過濾器的溫度即為煙氣溫度，滿足本研究的需要。但過濾器表面積存的飛灰將對(duì)煙氣中的三氧化硫發(fā)生吸附，且吸附隨著飛灰層厚度的增加而不斷增加。因此，為了將采樣誤差控制在較小的范圍內(nèi)，當(dāng)采用過濾裝置時(shí)，采樣時(shí)間應(yīng)適當(dāng)縮短,在采樣后對(duì)過濾器及時(shí)清理。

可以考慮將原有的過濾裝置更換為撞擊器+過濾器組合方式，通過前置撞擊式除塵裝置能夠在盡可能去除顆粒物的同時(shí)最大限度的降低對(duì)三氧化硫的影響。考慮到此時(shí)溫度遠(yuǎn)高于酸露點(diǎn)，三氧化硫表現(xiàn)為氣態(tài)，撞擊式除塵器對(duì)三氧化硫影響很小。隨后再采用過濾式除塵裝置，由于顆粒物濃度減小，過濾器表面飛灰層厚度亦很小，對(duì)于三氧化硫的吸附作用受到了削弱，有助于減小采樣誤差。

(2) 螺旋離心管

煙氣在流入螺旋離心管后，煙氣中的三氧化硫在離心力的作用下被捕集在管壁上。為了保證捕集效果，氣體在螺旋離心管中應(yīng)該有足夠的流速，以產(chǎn)生較大的離心力，使煙氣中的三氧化硫與螺旋離心管發(fā)生碰撞，同時(shí)螺旋離心管的長(zhǎng)度應(yīng)該保證煙氣有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間以控制捕集效果。本文螺旋離心管的長(zhǎng)度大于500mm，氣體的流速控制在10 L/min。