燃煤烟气中SO3成因、影响及其减排对策

燃煤烟气中SO3成因、影响及其减排对策     

摘要: 煤燃烧进程中发生的SO3 不仅造成了酸性烟雾, 而且排放时会形成蓝色或黄色烟羽, 增加了烟囱排放的烟羽浊度, 破环了景观。近年来, 火电厂烟囱常见的蓝烟/黄烟现象给周边年夜气情况带来一定的影响。针对部门燃煤电厂在脱硫、脱硝装配投运后, 泛起蓝烟/黄烟现象进行了研究, 并提出了可供选择的控制对策和建议。

随着环保律例的日益严酷, 燃煤电厂为了有用地下降烟气中SO2 和NOx 的排放量, 遏制酸雨的舒展, 纷纷建设了脱硝及脱硫装配。据统计, 截至2010年末, 我国燃煤电厂建设脱硫装配的装机容量跨越6亿kW, 其中, 湿法脱硫装配约占90% , 建设SCR /SNCR脱氮装配的装机容量跨越5000万kW。但随着脱硫、脱硝装配的建成投运, 燃煤电厂汽锅在燃烧进程中发生的SO3 经过脱硝脱硫后其浓度会有所并以硫酸气溶胶的状态经由过程烟囱排放, 增加了烟囱排放的烟羽浊度, 不单对公众的健康造成威胁, 而且有色烟羽的排放破环了景观、影响了视觉感受, 给公众带来了很多挂念。笔者针对燃煤电厂泛起可见烟羽蓝烟/黄烟的新情况污染问题, 进行了较为深进的研究分析, 并提出了控制SO3, 消除蓝烟/黄烟烟羽现象的可选技术措施。

1 蓝烟/黄烟可见烟羽

2000年, 在美国电力公司G av in 电厂首次泛起蓝烟/黄烟烟羽现象。该厂在总容量为2600MW 的多个机组上安装了SCR 装配和湿法FGD 装配硫后, 烟囱排烟由原来几近看不到的烟羽, 改变为较为浓郁的蓝色/黄色烟羽, 对电厂的景观发生严重的影响。随着越来越多的SCR 装配和湿法FGD 装配的投运, 我国部门电厂也泛起了类似的现象。

1. 1 可见烟羽形成的缘由

烟囱排烟泛起可见烟羽的主要缘由是: 烟囱排出的烟气中含有硫酸的气溶胶; 排出烟气中亚微米颗粒粉尘的存在, 使得H2SO4 以亚微米颗粒粉尘作为凝结中心, 增强了凝结进程; 硫酸气溶胶的粒径很是小, 对光线发生散射; 由于颗粒的尺寸和可见光的波长接近, 属于瑞利散射。瑞利散射的特点是: 散射光的强度与波长的四次方成反比, 是以短波的蓝色光线散射要比长波的红色光线强许多, 最终使得烟囱在阳光照射的反射侧, 排烟的烟羽显现蓝色, 而在烟羽的另外一侧(透射侧)显现黄褐色。

1. 2 影响烟羽的身分

影响烟羽颜色和不透明度(浊度) 的主要身分是: 气溶胶颗粒粒径的年夜小和浓度; 太阳光的照射角度; 烟囱的排烟温度; 年夜气情况条件。

在年夜大都的情况下, 尤其是H2 SO4 气溶胶、水、亚微米颗粒同时存在时, 凝结是主要的生成机理。烟羽的浊度主要遭到烟气中可凝结物和亚微米飞灰浓度的影响。当H2 SO4 浓度较低或中等时, 亚微米烟尘的粒径散布对烟羽的浊度有较着的影响, 主要是由于这些颗粒起到了汽相H2 SO4 凝结中心的作用[ 1] 。是以, 在燃煤电厂建设了知足环保要求的高效除尘器、SCR 脱硝装配和烟气脱硫装配后, 在没法进一步下降亚微米颗粒物排放浓度的情况下, 除由于烟羽中水蒸汽凝结所酿成的白色烟羽之外, SO3的排放成为影响烟羽颜色和不透明度最主要的身分。在年夜大都情况下, 当烟气中硫酸气溶胶的浓度跨越10 10- 6时, 会泛起可见的蓝烟/黄烟烟羽, 且硫酸气溶胶的浓度越高, 烟羽的颜色越浓、烟羽的长度也越长, 严重时甚至可以落地。

2 SO3 的发生及气溶胶的形成

2. 1 SO3 形成的主要途径

SO3 的生成很是复杂, 主要取决于汽锅的燃烧、燃料成份、运行参数、脱硫、脱硝举措措施运行状态等。燃煤在汽锅炉膛的燃烧进程中, 几近所有的可燃性硫都被氧化成为气态SO2 和SO3, 其中尽年夜部门是SO2, 仅有1% ~ 5% 的SO2 会进一步氧化成SO3。在汽锅省煤器420~ 600 的温度范围内, 部门SO2 在氧化铁的催化作用下生成SO3[ 4 ] 。SCR 中以T iO2为载体、V2O5 或V2O5 -WO3、V2O5 - MoO3 为活性组分的催化剂, 既具有较高的脱硝效率, 但同时也促进了SO2 向SO3 的转化, 其转化水平取决于催化剂的配方和SCR的运行工况。一般来说, 对于烟煤每层催化剂SO2 的转化率约为0. 25% ~ 0. 5%, 对于低硫次烟煤每层的转化率约为0. 75% ~ 1. 25% 。是以, 在有2~ 3层催化剂的SCR 系统中, SCR 出口烟气中SO3 的浓度会比进口增加约50%。

2. 2 气溶胶在湿法脱硫中的生成

当含有气态SO3 或H2 SO4 的烟气经由过程湿法烟气脱硫系统时, 由于烟气被急速冷却到酸露点之下,且这类冷却速度比气态SO3 或H2 SO4 被吸收塔内吸收剂吸收的速度要快得多, 是以, SO3 或H2SO4 不仅不能有用脱除, 而且会快速形成难于捕集的亚微米级的H2 SO4 酸雾[ 2- 3] 。一般来说, 酸雾中颗粒较年夜的雾滴是可以被吸收塔除往的, 可是对亚微米级的雾滴, 吸收塔则无能为力, 形成的亚微米级的雾滴只能经由过程烟囱排进年夜气。

3 烟气中SO3 的潜在风险

3. 1 对情况的影响

今朝, 燃煤烟气中所排放的酸性烟雾对人类健康影响的研究尚不够深进, 数据尚还不完整, 但总的来说, 在低浓度的酸性气溶胶的情况中, 对于年轻、健康成年人的肺功能影响很小。当H2 SO4 气溶胶与下沉烟羽连系在一起时, 烟囱四周的情况污染浓度较着提高, 连系气象条件和运行工况, 在烟囱临近区域会泛起酸雾, 如这类酸雾延续时间较长, 则会损害建筑物和植被。

3. 2 对机组装备的风险

烟气中SO3 对机组装备的风险主要为低温侵蚀、高温结垢、梗塞装备。SO3 会和烟气中的水蒸汽连系形成硫酸, 在露点温度下凝结并侵蚀金属部件。在600~ 650 的温度区域, SO3 会与氧化金属概况发生催化反应, 生成三硫化铁或亚硫酸盐而结垢。SO3 还会与SCR 脱硝喷进的还原剂NH3 反应形成硫酸盐颗粒, 尤其是( NH4 ) 2 SO4 和NH4HSO4, 这些物资会致使低温装备部件的沾污和梗塞。

4 SO3 的控制和减排对策

4. 1 炉内喷碱性物资

在炉膛中喷进碱性物资可有用削减SO3 排放。如炉内喷钙技术, 既可脱除部门SO2、避免SCR的砷中毒, 又对SO3 的控制也十分有用, SO3 脱除率最高可达90%。此外, 研究讲明, 炉内喷射钙基、镁基吸收剂, 可下降炉膛内的SO3 浓度[ 5] 。

4. 2 炉后喷碱性物资

在炉后或省煤器的出口喷进碱性物资既可削减SO3 对空预器的侵蚀, 也可有用地下降SO3 的排放[ 6] 。一般来说, 要控制SO3 的排放, 碱性物资的喷进位置应设置在空预器以后。但对于存在空预器低温侵蚀的机组, 应把吸收剂的喷进点选在空预器的上游, 且加装需要的清洗装配。在除尘器前喷进碱性吸收剂时, 必需斟酌对除尘器的影响, 如进口粉尘浓度的增加、粉尘比电阻的变化等。典型CFB 和N ID 工艺对SO3 脱除率可以达80% ~ 90%。

4. 3 采用ROFA技术下降SO3 的生成

ROFA 技术把强湍流和旋转涡流连系起来, 使得炉膛获得更有用的分级燃烧。由于充实的夹杂和特殊的设计, ROFA 发生的NOx 、CO、未燃碳、氧量和可燃物和SO3 要比其他的火优势( OFA )系统要低。据统计, ROFA 在不使用任何吸收剂的条件下, 经由过程对燃烧的调整可以在削减50% 的NOx 的同时, 削减80%的SO3 排放。

4. 4 脱硝催化剂配比的调整

SCR中以T iO2 为载体的催化剂, 具有高的脱硝效率, 且其中的T iO2 具有较强的抗SO2 性能, WO3有助于抑制SO3 的生成, 但V2O5 或V2O5 - WO3、V2O5 - MoO3 能促进SO2 向SO3 的转化。此外,SO2 /SO3 的转换率还与SCR 的面积速度即烟气流速与催化剂的概况积之比有关, 面积速度越年夜,SO2 /SO3 的转换率越小。是以, 在选择SCR 以T iO2为载体的催化剂时, 可合理调整V 和W 的配比, 适度减小催化剂的壁厚, 在不影响脱硝效果的条件下,可有用控制脱硝阶段的SO3 的生成。

4. 5 除尘器前喷氨

在空预器后和电除尘器之间喷进氨, 一方面可有用地脱除烟气中的SO3, 其脱除率约90%[ 7 ]; 另外一方面可对飞灰进行调质, 经由过程飞灰的凝结来改善ESP的性能。

4. 6 燃料切换和混煤参烧

采用发生SO3较少的次烟煤和烟煤混烧, 下降燃煤硫份, 削减烟气SO2 浓度, 也下降炉膛和SCR中SO2 向SO3 的转化, 次烟煤的高含量碱性灰份也有助于空预器和除尘器中SO3 的捕集[ 8 - 9 ] 。

4. 7 湿式静电除尘器

湿式静电除尘器(WESP)能有用地收集亚微米颗粒和酸雾[ 10] 。WESP可以设计成立式或卧式的,收集概况可所以管式的或是平板式。管式WESP的占地面积较小, 效率一般比平板式要高。WESP可与湿式洗涤塔集成在一起, 收集从洗涤塔逃逸出来的细小硫酸雾滴, 其对SO3 的脱除率可达95%, 烟羽的浊度几近为零。

5 结语

( 1)燃煤电厂的可见烟羽是电厂文明生产和情况质量的新问题。研究发现, 在燃煤电厂当前的情况庇护治理条件下, SO3 的排放是影响烟羽颜色和不透明度的重要身分之一。

( 2) SO3 的生成很是复杂, 主要取决于汽锅的燃烧、燃料成份、运行参数、装备的安插、脱硝脱硫举措措施运行状态等。SO3 浓渡过高, 会引发下流装备的低温侵蚀、硫酸盐的结垢、玷污和梗塞等。

( 3)湿法烟气脱硫系统不仅不能有用脱除烟气中的SO3 或H2 SO4, 而且会快速形成难于捕集的亚微米级的H2SO4 酸雾, 经由过程烟囱直接排进年夜气, 成为形成可见烟羽的罪魁罪魁。

( 4)经由过程调整和优化燃烧方式、在汽锅炉膛至ESP之间的分歧位置喷进碱性物资和氨、设置湿式静电除尘器、调整催化剂活性组分等, 可有用抑制SO3 的生成或脱除烟气中的SO3, 到达下降烟囱出口SO3 的浓度, 消除可见烟羽的目的。

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