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燃煤電廠PM2.5污染物控制方案及SO3超低排放測(cè)量|埃登威自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備（上海）有限公司

燃煤電廠PM2.5污染物控制方案及SO3超低排放測(cè)量

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.1 低低溫靜電除塵技術(shù)

低低溫靜電除塵技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)靜電除塵技術(shù)的革新，其實(shí)質(zhì)是在干式電除塵器(DESP)之前對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻處理，將DESP的運(yùn)行溫度由130-150℃降低到85-90℃左右。與傳統(tǒng)的煙氣治理技術(shù)相比，低低溫靜電除塵技術(shù)具有如下特征：

.1.1脫除SO3

1)SO3生成轉(zhuǎn)化機(jī)制關(guān)鍵詞：激光氧分析儀|反應(yīng)釜氧分析儀|進(jìn)口激光氧|進(jìn)口氧分析儀|西門(mén)子U23分析儀|ppb微量水分析儀|頂空分析儀|U23氣體分析儀|藥品殘氧儀|進(jìn)口露點(diǎn)儀|順磁氧分析儀|微量氧分析儀|高溫濕度儀|煙氣露點(diǎn)儀|燃?xì)鉄嶂祪x||煙氣濕度儀 |高溫露點(diǎn)儀



煙氣中SO3主要來(lái)自兩個(gè)部分：在鍋爐燃燒過(guò)程中，煤中的硫大部分轉(zhuǎn)化成SO2，約有1%的SO2將繼續(xù)氧化成SO3;在安裝了SCR設(shè)備后，SCR催化劑能在還原NOx的同時(shí)，將1-3%的SO2氧化成SO3。

煙氣在進(jìn)入空預(yù)器之前，SO2到SO3的氧化反應(yīng)已經(jīng)完成。在空預(yù)器及其后煙氣凈化設(shè)施中，煙氣溫度從300℃降低到150℃或更低，SO3將經(jīng)歷從蒸汽相到液相或固相的轉(zhuǎn)變，存在硫酸(蒸汽)、硫酸(液相)、硫酸鹽(固相)等多種形式。燃煤電廠PM2.5污染物控制方案及SO3超低排放測(cè)量

一般認(rèn)為，鍋爐尾部煙氣溫度低于400℉(204℃)時(shí)，幾乎全部SO3蒸汽將變成硫酸蒸汽。煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度即為酸露點(diǎn)，當(dāng)煙氣溫度降低到酸露點(diǎn)以下，硫酸蒸汽將冷凝成液態(tài)。當(dāng)冷凝在煙氣中發(fā)生，稱為均相冷凝;當(dāng)冷凝在飛灰顆粒或金屬壁面等氣-固表面時(shí)發(fā)生，稱為非均相冷凝。一般將飽和度S定義為硫酸蒸汽分壓和同溫度下飽和硫酸蒸汽分壓之比。當(dāng)S>1稱為過(guò)飽和，S<1稱為未飽和。過(guò)飽和度遠(yuǎn)大于1、且沒(méi)有足夠的固相表面時(shí)，將產(chǎn)生硫酸自成核，也就是在氣相中直接產(chǎn)生酸性霧滴，其成核溫度一般比較低，霧滴粒徑非常細(xì)小;當(dāng)過(guò)飽和度S小于5時(shí)，在飛灰或壁面上產(chǎn)生的即為異相冷凝，異相冷凝又分為兩種情況，一種是快速冷凝，一種是慢速冷凝?？焖倮淠l(fā)生在脫硫塔內(nèi)，煙氣中的硫酸蒸汽在溫度只有50℃左右的漿液液滴表面處，產(chǎn)生急冷效果，在20um厚度的液滴邊界層內(nèi)，溫度降將超過(guò)70-80℃，過(guò)飽和度S大于10-15，此時(shí)將產(chǎn)生數(shù)量非常多的超細(xì)酸霧，粒徑大約只有0.3-0.5um。而煙氣通過(guò)非接觸式換熱器逐漸降溫到酸露點(diǎn)以下時(shí)，將產(chǎn)生慢速冷凝，這種情況下，具有大比表面積的飛灰發(fā)揮冷凝核作用，由于飛灰具有的總表面積遠(yuǎn)大于換熱器殼體和管表面，硫酸蒸汽將優(yōu)先在飛灰顆粒表面上冷凝，并與飛灰中的堿性金屬氧化物形成硫酸鹽。



圖2 低低溫靜電除塵技術(shù)原理示意圖

2)博奇的換熱器技術(shù)燃煤電廠PM2.5污染物控制方案及SO3超低排放測(cè)量

博奇先進(jìn)的煙氣凈化系統(tǒng)的核心就是布置在空預(yù)器和靜電除塵器之間的煙冷器，如下圖所示，它為SO3提供了理想的慢速冷凝場(chǎng)所。在煙冷器中，煙氣溫度從傳統(tǒng)的130-150℃降低85℃左右，幾乎所有硫酸蒸汽，將選擇性的在飛灰表面冷凝，終煙氣中的硫酸蒸汽量將大為減少，脫SO3率可達(dá)到95%以上。另一方面，飛灰表面吸收了SO3后，比電阻大幅度降低，可以通過(guò)后續(xù)的干式靜電除塵器脫除。



圖3 低低溫靜電除塵 技術(shù)脫SO3原理圖



圖4 煙氣控制系統(tǒng)不同溫度下SO3的脫除情況關(guān)鍵詞：激光氧分析儀|反應(yīng)釜氧分析儀|進(jìn)口激光氧|進(jìn)口氧分析儀|西門(mén)子U23分析儀|ppb微量水分析儀|頂空分析儀|U23氣體分析儀|藥品殘氧儀|進(jìn)口露點(diǎn)儀|順磁氧分析儀|微量氧分析儀|高溫濕度儀|煙氣露點(diǎn)儀|燃?xì)鉄嶂祪x||煙氣濕度儀 |高溫露點(diǎn)儀



圖5 美國(guó)某電廠進(jìn)行的傳統(tǒng)煙氣處理系統(tǒng)和先進(jìn)低低溫系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

2014年，博奇的低低溫靜電除塵技術(shù)在廣東平海電廠1#機(jī)組(1000MW)上獲得成功應(yīng)用，SO3排放濃度<1ppm(3.57mg/Nm3), 
煙塵排放濃<10mg/Nm3。

3)換熱器防腐設(shè)計(jì)

低低溫靜電除塵器的換熱器可以控制金屬壁面腐蝕。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明，只要控制灰硫比在一定范圍，飛灰足以吸收煙氣中絕大部分SO3，保證換熱器始終處于干態(tài)環(huán)境，(如下圖所示，其中的藍(lán)色線為干濕環(huán)境交界線)：



圖6 低低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)控制換熱面腐蝕的原理

低低溫靜電除塵器通過(guò)有效控制可使換熱器始終處于遠(yuǎn)離干濕環(huán)境交界線的干態(tài)環(huán)境，有效避免低低溫運(yùn)行條件下?lián)Q熱器的腐蝕現(xiàn)象。下圖顯示博奇設(shè)計(jì)的低低溫?fù)Q熱器，其材質(zhì)為普通碳鋼，但運(yùn)行1年后依然保持無(wú)腐蝕的清潔狀態(tài)。



圖7 換熱管在某電廠運(yùn)行1年后

1.2脫除粉塵

1)傳統(tǒng)靜電除塵器的局限

火電廠目前安裝的除塵設(shè)備中，電除塵器占95%，在應(yīng)對(duì)新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)方面，傳統(tǒng)靜電除塵器面臨諸多困難。

a) 
受煤、飛灰成分影響大：ESP適應(yīng)的煙塵比電阻范圍在104-1011Ω&dot;cm之間，比電阻過(guò)低，荷電煙塵達(dá)到集塵極很快釋放電荷，容易從極板上返回氣流;比電阻過(guò)大，荷電粒子在集塵極上緩慢釋放電荷，煙塵積累容易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象。飛灰比電阻取決于煤的含硫量、水分和飛灰堿性金屬含量等因素，一般低硫煤比電阻高于高硫煤。燃煤電廠PM2.5污染物控制方案及SO3超低排放測(cè)量

b) 受操作溫度影響大：傳統(tǒng)ESP的操作溫度在130-150℃，該溫度區(qū)飛灰比電阻處于高位。

c) 
對(duì)細(xì)顆粒的捕集效率不高：根據(jù)Detusch方程，ESP的效率取決于荷電粒子在電場(chǎng)中的遷移速度，為提高該遷移速度，需要增加電場(chǎng)電壓，這容易導(dǎo)致ESP產(chǎn)生電火花，產(chǎn)生火花的電壓即ESP的極限電壓，電壓的限制導(dǎo)致細(xì)顆粒特別是小于0.1-5um顆粒能夠逃離ESP。

2)低低溫靜電除塵器的優(yōu)勢(shì)

影響電除塵器性能的因素有很多，包括煙氣性質(zhì)、飛灰特性、除塵器結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件等，其中比電阻的影響較為突出。如下圖所示，比電阻在104-1011Ω&dot;cm之間，適合電除塵器收塵，否則除塵效率將急劇下降。關(guān)鍵詞：激光氧分析儀|反應(yīng)釜氧分析儀|進(jìn)口激光氧|進(jìn)口氧分析儀|西門(mén)子U23分析儀|ppb微量水分析儀|頂空分析儀|U23氣體分析儀|藥品殘氧儀|進(jìn)口露點(diǎn)儀|順磁氧分析儀|微量氧分析儀|高溫濕度儀|煙氣露點(diǎn)儀|燃?xì)鉄嶂祪x||煙氣濕度儀 |高溫露點(diǎn)儀



圖8 飛灰比電阻與靜電除塵效率關(guān)系曲線

飛灰導(dǎo)電機(jī)制可以看成體積導(dǎo)電和表面導(dǎo)電的綜合。當(dāng)煙氣溫度超過(guò)200℃時(shí)，以體積導(dǎo)電為主，主要依靠灰中堿金屬離子導(dǎo)電;當(dāng)溫度低于150℃時(shí)，以表面導(dǎo)電為主，主要依靠飛灰顆粒吸附的水膜和酸膜導(dǎo)電。如下圖所示，傳統(tǒng)靜電除塵器的操作溫度在130-150℃之間，此時(shí)飛灰的比電阻高，而低低溫靜電除塵器操作溫度只有85℃左右，大幅度降低了飛灰比電阻，使靜電除塵器依然能高效收塵。



圖9 飛灰比電阻與煙氣溫度曲線

下面將結(jié)合靜電除塵效率的經(jīng)典德意希公式，繼續(xù)分析低低溫靜電除塵器高效除塵的機(jī)理：



其中：為趨進(jìn)速度，單位m/s

A：為總集塵面積，單位m2

Q：為氣體流量，單位m3/s

從上述公式可以看到，在煙塵入口濃度不變，靜電除塵器總集塵面積相同條件下，出口煙塵濃度與趨進(jìn)速度和體積流量呈指數(shù)關(guān)系。

當(dāng)煙氣溫度從150℃降低到85℃，煙氣體積將減少16%左右，在相同條件下，意味著比集塵面積提高了16%。

另一方面，飛灰的趨進(jìn)速度與煤質(zhì)、飛灰成分及物理性質(zhì)、電場(chǎng)特征等因素有關(guān)。在燃煤電廠已有的測(cè)試表明，煙氣溫度由150℃降低到85℃左右，飛灰趨進(jìn)速度可增加70%左右。
1.3 余熱利用

排煙熱損失是鍋爐運(yùn)行中重要的一項(xiàng)熱損失，占鍋爐總輸入熱量的5-8%，占鍋爐總熱損失的70-80%，一般排煙溫度增加12-15℃，排煙熱損失將增加1%，鍋爐效率降低1%，煤耗也相應(yīng)增加。

一般電廠為保護(hù)尾部煙道、設(shè)備不受腐蝕，必須將煙氣溫度控制在酸露點(diǎn)以上。按照國(guó)內(nèi)常規(guī)設(shè)計(jì)，煙氣溫度需要在酸露點(diǎn)以上5-10℃左右，因此空預(yù)器出口煙氣溫度通常設(shè)定為120-130℃。但濕法脫硫工藝中吸收塔中的煙氣是為絕熱飽和溫度(等焓過(guò)程)，一般這個(gè)絕熱飽和溫度為50℃左右，故進(jìn)入濕法煙氣的溫度只要大于此溫度即可;通常脫硫入口溫度為80℃左右，由此可見(jiàn)，從120-130℃到80℃這個(gè)區(qū)間的熱能白白浪費(fèi)了。

低低溫靜電除塵技術(shù)，在換熱器中可以脫除絕大部分SO3，使得煙氣酸露點(diǎn)大幅度降低，從而可以使電廠回收85℃以上的排煙熱損失，給電廠帶來(lái)節(jié)能減排的多重效益。
1.4工藝流程



圖10低低溫靜電除塵技術(shù)工藝流程圖

低低溫靜電除塵的工藝流程如上圖所示，鍋爐燃燒排放的煙氣經(jīng)過(guò)空預(yù)器，流經(jīng)布置在煙道內(nèi)的煙氣換熱器，煙氣余熱被換熱管內(nèi)流動(dòng)的凝結(jié)水吸收，煙氣溫度從128℃降低到85℃，捕集煙氣中的SO3，達(dá)到降低飛灰比電阻、脫除SO3的雙重目的。安裝在煙氣換熱器中的吹灰器根據(jù)煙氣冷卻器壓損變化情況自動(dòng)啟動(dòng)吹灰，保證換熱器換熱效果及煙氣壓損。降溫后煙氣進(jìn)入靜電除塵器，由于煙氣溫度降低了43℃，入口煙氣體積減少11%，在保留原有靜電除塵器入口截面積和總收塵面積不變情況下，比集塵面積增加11%，同時(shí)煙塵流速減少，在靜電除塵器中停留時(shí)間也相應(yīng)增加，終靜電除塵器收塵效率將由原來(lái)的99.68%提高到99.89%，出口含塵濃度降低到15mg/Nm3以下。

從煙氣回收的余熱可以有多種利用途徑，既可以用于煙氣再加熱，提升脫硫塔出口煙氣溫度到80℃左右，也可以通過(guò)熱媒冷卻器與鍋爐給水、一次風(fēng)等進(jìn)行間接換熱，還可以直接從鍋爐某低壓加熱器引出冷凝水，吸收煙氣余熱后，冷凝水返回下一低壓加熱器。通過(guò)設(shè)置在煙氣換熱器進(jìn)口的熱水循環(huán)泵增壓實(shí)現(xiàn)熱煤水在換熱管內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)。熱水循環(huán)泵入口前可安裝熱媒膨脹箱，用來(lái)緩沖凝結(jié)水溫度變化，并適時(shí)補(bǔ)充新鮮凝結(jié)水，當(dāng)熱媒水來(lái)自鍋爐凝結(jié)水時(shí)，可不考慮安裝膨脹箱。為有效調(diào)節(jié)低低溫系統(tǒng)的正常高效運(yùn)行，在熱水循環(huán)泵出口與煙氣換熱器入口、出口之間分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)凝結(jié)水水入口流量和換熱管壁溫。
2 濕式靜電除塵(WESP)技術(shù)

靜電除塵(ESP)是含塵氣體在通過(guò)高壓電場(chǎng)發(fā)生電離的過(guò)程中，塵粒荷電，并在電場(chǎng)力的作用下，向集塵極遷移并從氣流中分離出來(lái)的技術(shù)。由于靜電力直接作用在粒子上，ESP具有能耗低、氣流阻力小的特點(diǎn)，對(duì)亞微米顆粒也能有效捕集，能在高溫、腐蝕等環(huán)境中工作，因此被廣泛應(yīng)用在鋼鐵、冶金、電力等領(lǐng)域，在燃煤電廠有超過(guò)90%的占有率。但是傳統(tǒng)的干法靜電除塵(DESP)具有三大局限性：受粉塵比電阻影響、對(duì)亞微米顆粒捕集效率降低、在振打清灰時(shí)產(chǎn)生二次飛揚(yáng)，在環(huán)保部門(mén)收緊火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，超過(guò)40%的現(xiàn)役電除塵面臨改造。

濕式靜電除塵器1907年出現(xiàn)，距今已有100多年歷史。WESP技術(shù)的基本原理與干法靜電除塵(DESP)相同，兩種靜電除塵方式大的不同是清灰，干式靜電除塵依靠機(jī)械或電磁振打產(chǎn)生的振打加速度清灰，而濕式電除塵則依靠在集塵板表面形成的水膜沖洗飛灰。由于濕式電除塵不受粉塵比電阻影響，集塵板上不積灰，因此可以在更高的操作電壓下運(yùn)行，這意味著除塵效率可以提高，煙氣停留時(shí)間可以減少，而除塵器體積可以縮小，因此WESP被廣泛應(yīng)用于化工、鋼鐵、玻璃制造等領(lǐng)域。WESP有兩種布置方式，一種是安裝在DESP之后，形成干濕混合除塵器，一種是安裝在FGD之后，可以獨(dú)立布置在FGD和煙囪之間，也可以與FGD合為一體，替代傳統(tǒng)的除霧器布置在脫硫塔之上。

上世紀(jì)80年代以后，美國(guó)、德國(guó)、日本等就WESP應(yīng)用于燃煤電廠進(jìn)行了許多小型和大規(guī)模測(cè)試。結(jié)果表明，WESP具有如下特點(diǎn)：

(1)高效脫除PM2.5：普通的DESP對(duì)0.5-1um的顆粒存在穿透窗口，捕集效率小，而濕式電除塵由于操作電壓高、電流密度大，對(duì)可過(guò)濾的PM2.5脫除效率在90%以上。

(2)高效脫除SO3：煙氣中的SO3有兩個(gè)來(lái)源，鍋爐和鍋爐尾部煙氣中約1-2%的SO2氧化成SO3，SCR脫硝催化劑上約1%的SO2被催化氧化成SO3。SO3在濕法脫硫塔內(nèi)降溫吸水形成硫酸霧滴，這種霧滴的質(zhì)量中位徑只有0.08um，常規(guī)濕法脫硫?qū)ζ涿摮Ч邢蓿欧藕髮a(chǎn)生藍(lán)色煙羽，造成濁度問(wèn)題，是大氣中可冷凝PM2.5(Condensable 
PM2.5)的重要來(lái)源。傳統(tǒng)DESP操作溫度在酸露點(diǎn)之上，因此難以起到控制SO3排放的作用，而三電場(chǎng)WESP對(duì)SO3引起的酸霧脫除效率可達(dá)到90%以上。

(3)協(xié)同脫汞：小規(guī)模的測(cè)試表明，WESP對(duì)顆粒汞、二價(jià)汞和元素汞均有顯著的脫除效果，效率分別為64%、77%和44%。對(duì)元素汞的脫除效率高于預(yù)期，可能是電暈放電過(guò)程產(chǎn)生的氧化性成分將部分元素汞氧化為二價(jià)汞，后通過(guò)濕法ESP脫除。

(4)脫除其他重金屬：由于煤中的重金屬大部分隨煙氣排放，鉻、鎘、鉛、錳等非汞重金屬排放也不容忽視。而這些重金屬絕大多數(shù)富集在飛灰顆粒上，粒徑越細(xì)，重金屬含量越高。當(dāng)WESP高效脫除PM2.5類細(xì)顆粒物時(shí)，非汞類重金屬的脫除效率也相應(yīng)達(dá)到90%以上。

WESP在燃煤電廠的應(yīng)用早在1986年，主要解決高硫煤、高硫燃油機(jī)組的排放要求，目前在美國(guó)有2臺(tái)、加拿大4臺(tái)、日本30多臺(tái)運(yùn)行業(yè)績(jī)。近隨著美國(guó)環(huán)保局將PM2.5、汞納入監(jiān)管范圍，將SO3納入可冷凝顆粒物，置于Total 
PM名目下進(jìn)行監(jiān)管，并計(jì)劃對(duì)非汞有害金屬進(jìn)行監(jiān)管，有不少電廠開(kāi)始在FGD之后建設(shè)WESP，作為PM2.5、SO3、汞、其他重金屬的多污染同時(shí)控制手段。

3結(jié)論與建議

1.燃煤電廠PM2.5污染物78% 是屬于可冷凝顆粒物，也就是SO3等酸性氣體形成的酸霧，只有22% 
屬于可過(guò)濾的顆粒物;因此，燃煤電廠PM2.5的控制主要是SO3 mist的控制。關(guān)鍵詞：激光氧分析儀|反應(yīng)釜氧分析儀|進(jìn)口激光氧|進(jìn)口氧分析儀|西門(mén)子U23分析儀|ppb微量水分析儀|頂空分析儀|U23氣體分析儀|藥品殘氧儀|進(jìn)口露點(diǎn)儀|順磁氧分析儀|微量氧分析儀|高溫濕度儀|煙氣露點(diǎn)儀|燃?xì)鉄嶂祪x||煙氣濕度儀 |高溫露點(diǎn)儀
2.控制SO3 mist 的主要方案是低低溫電除塵系統(tǒng)和濕式靜電除塵器。

3.建議在推廣燃煤電廠超低排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，增加對(duì)SO3量的排放限制值，并且將SO3作為總粉塵排放量的計(jì)量值，從而有效控制燃煤電廠PM2.5的排放濃度。

更多燃煤電廠PM2.5污染物控制方案及SO3超低排放測(cè)量信息請(qǐng)直接致電埃登威上海021-55581219

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