摘要: 煤燃燒進(jìn)程中發(fā)生的SO3 不僅造成了酸性煙霧, 而且排放時(shí)會(huì)形成藍(lán)色或黃色煙羽, 增加了煙囪排放的煙羽濁度, 破環(huán)了景觀。近年來(lái), 火電廠煙囪常見(jiàn)的藍(lán)煙/黃煙現(xiàn)象給周邊年夜氣情況帶來(lái)一定的影響。針對(duì)部門(mén)燃煤電廠在脫硫、脫硝裝配投運(yùn)后, 泛起藍(lán)煙/黃煙現(xiàn)象進(jìn)行了研究, 并提出了可供選擇的控制對(duì)策和建議。

隨著環(huán)保律例的日益嚴(yán)酷, 燃煤電廠為了有用地下降煙氣中SO2 和NOx 的排放量, 遏制酸雨的舒展, 紛紛建設(shè)了脫硝及脫硫裝配。據(jù)統(tǒng)計(jì), 截至2010年末, 我國(guó)燃煤電廠建設(shè)脫硫裝配的裝機(jī)容量跨越6億kW, 其中, 濕法脫硫裝配約占90% , 建設(shè)SCR /SNCR脫氮裝配的裝機(jī)容量跨越5000萬(wàn)kW。但隨著脫硫、脫硝裝配的建成投運(yùn), 燃煤電廠汽鍋在燃燒進(jìn)程中發(fā)生的SO3 經(jīng)過(guò)脫硝脫硫后其濃度會(huì)有所并以硫酸氣溶膠的狀態(tài)經(jīng)由過(guò)程煙囪排放, 增加了煙囪排放的煙羽濁度, 不單對(duì)公眾的健康造成威脅, 而且有色煙羽的排放破環(huán)了景觀、影響了視覺(jué)感受, 給公眾帶來(lái)了很多掛念。筆者針對(duì)燃煤電廠泛起可見(jiàn)煙羽藍(lán)煙/黃煙的新情況污染問(wèn)題, 進(jìn)行了較為深進(jìn)的研究分析, 并提出了控制SO3, 消除藍(lán)煙/黃煙煙羽現(xiàn)象的可選技術(shù)措施。

1 藍(lán)煙/黃煙可見(jiàn)煙羽

2000年, 在美國(guó)電力公司G av in 電廠首次泛起藍(lán)煙/黃煙煙羽現(xiàn)象。該廠在總?cè)萘繛?600MW 的多個(gè)機(jī)組上安裝了SCR 裝配和濕法FGD 裝配硫后, 煙囪排煙由原來(lái)幾近看不到的煙羽, 改變?yōu)檩^為濃郁的藍(lán)色/黃色煙羽, 對(duì)電廠的景觀發(fā)生嚴(yán)重的影響。隨著越來(lái)越多的SCR 裝配和濕法FGD 裝配的投運(yùn), 我國(guó)部門(mén)電廠也泛起了類似的現(xiàn)象。

1. 1 可見(jiàn)煙羽形成的緣由

煙囪排煙泛起可見(jiàn)煙羽的主要緣由是: 煙囪排出的煙氣中含有硫酸的氣溶膠; 排出煙氣中亞微米顆粒粉塵的存在, 使得H2SO4 以亞微米顆粒粉塵作為凝結(jié)中心, 增強(qiáng)了凝結(jié)進(jìn)程; 硫酸氣溶膠的粒徑很是小, 對(duì)光線發(fā)生散射; 由于顆粒的尺寸和可見(jiàn)光的波長(zhǎng)接近, 屬于瑞利散射。瑞利散射的特點(diǎn)是: 散射光的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比, 是以短波的藍(lán)色光線散射要比長(zhǎng)波的紅色光線強(qiáng)許多, 最終使得煙囪在陽(yáng)光照射的反射側(cè), 排煙的煙羽顯現(xiàn)藍(lán)色, 而在煙羽的另外一側(cè)(透射側(cè))顯現(xiàn)黃褐色。

1. 2 影響煙羽的身分

影響煙羽顏色和不透明度(濁度) 的主要身分是: 氣溶膠顆粒粒徑的年夜小和濃度; 太陽(yáng)光的照射角度; 煙囪的排煙溫度; 年夜氣情況條件。

在年夜大都的情況下, 尤其是H2 SO4 氣溶膠、水、亞微米顆粒同時(shí)存在時(shí), 凝結(jié)是主要的生成機(jī)理。煙羽的濁度主要遭到煙氣中可凝結(jié)物和亞微米飛灰濃度的影響。當(dāng)H2 SO4 濃度較低或中等時(shí), 亞微米煙塵的粒徑散布對(duì)煙羽的濁度有較著的影響, 主要是由于這些顆粒起到了汽相H2 SO4 凝結(jié)中心的作用[ 1] 。是以, 在燃煤電廠建設(shè)了知足環(huán)保要求的高效除塵器、SCR 脫硝裝配和煙氣脫硫裝配后, 在沒(méi)法進(jìn)一步下降亞微米顆粒物排放濃度的情況下, 除由于煙羽中水蒸汽凝結(jié)所釀成的白色煙羽之外, SO3的排放成為影響煙羽顏色和不透明度最主要的身分。在年夜大都情況下, 當(dāng)煙氣中硫酸氣溶膠的濃度跨越10 10- 6時(shí), 會(huì)泛起可見(jiàn)的藍(lán)煙/黃煙煙羽, 且硫酸氣溶膠的濃度越高, 煙羽的顏色越濃、煙羽的長(zhǎng)度也越長(zhǎng), 嚴(yán)重時(shí)甚至可以落地。

2 SO3 的發(fā)生及氣溶膠的形成

2. 1 SO3 形成的主要途徑

SO3 的生成很是復(fù)雜, 主要取決于汽鍋的燃燒、燃料成份、運(yùn)行參數(shù)、脫硫、脫硝舉措措施運(yùn)行狀態(tài)等。燃煤在汽鍋爐膛的燃燒進(jìn)程中, 幾近所有的可燃性硫都被氧化成為氣態(tài)SO2 和SO3, 其中盡年夜部門(mén)是SO2, 僅有1% ~ 5% 的SO2 會(huì)進(jìn)一步氧化成SO3。在汽鍋省煤器420~ 600 的溫度范圍內(nèi), 部門(mén)SO2 在氧化鐵的催化作用下生成SO3[ 4 ] 。SCR 中以T iO2為載體、V2O5 或V2O5 -WO3、V2O5 - MoO3 為活性組分的催化劑, 既具有較高的脫硝效率, 但同時(shí)也促進(jìn)了SO2 向SO3 的轉(zhuǎn)化, 其轉(zhuǎn)化水平取決于催化劑的配方和SCR的運(yùn)行工況。一般來(lái)說(shuō), 對(duì)于煙煤每層催化劑SO2 的轉(zhuǎn)化率約為0. 25% ~ 0. 5%, 對(duì)于低硫次煙煤每層的轉(zhuǎn)化率約為0. 75% ~ 1. 25% 。是以, 在有2~ 3層催化劑的SCR 系統(tǒng)中, SCR 出口煙氣中SO3 的濃度會(huì)比進(jìn)口增加約50%。

2. 2 氣溶膠在濕法脫硫中的生成

當(dāng)含有氣態(tài)SO3 或H2 SO4 的煙氣經(jīng)由過(guò)程濕法煙氣脫硫系統(tǒng)時(shí), 由于煙氣被急速冷卻到酸露點(diǎn)之下,且這類冷卻速度比氣態(tài)SO3 或H2 SO4 被吸收塔內(nèi)吸收劑吸收的速度要快得多, 是以, SO3 或H2SO4 不僅不能有用脫除, 而且會(huì)快速形成難于捕集的亞微米級(jí)的H2 SO4 酸霧[ 2- 3] 。一般來(lái)說(shuō), 酸霧中顆粒較年夜的霧滴是可以被吸收塔除往的, 可是對(duì)亞微米級(jí)的霧滴, 吸收塔則無(wú)能為力, 形成的亞微米級(jí)的霧滴只能經(jīng)由過(guò)程煙囪排進(jìn)年夜氣。

3 煙氣中SO3 的潛在風(fēng)險(xiǎn)

3. 1 對(duì)情況的影響

今朝, 燃煤煙氣中所排放的酸性煙霧對(duì)人類健康影響的研究尚不夠深進(jìn), 數(shù)據(jù)尚還不完整, 但總的來(lái)說(shuō), 在低濃度的酸性氣溶膠的情況中, 對(duì)于年輕、健康成年人的肺功能影響很小。當(dāng)H2 SO4 氣溶膠與下沉煙羽連系在一起時(shí), 煙囪四周的情況污染濃度較著提高, 連系氣象條件和運(yùn)行工況, 在煙囪臨近區(qū)域會(huì)泛起酸霧, 如這類酸霧延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng), 則會(huì)損害建筑物和植被。

3. 2 對(duì)機(jī)組裝備的風(fēng)險(xiǎn)

煙氣中SO3 對(duì)機(jī)組裝備的風(fēng)險(xiǎn)主要為低溫侵蝕、高溫結(jié)垢、梗塞裝備。SO3 會(huì)和煙氣中的水蒸汽連系形成硫酸, 在露點(diǎn)溫度下凝結(jié)并侵蝕金屬部件。在600~ 650 的溫度區(qū)域, SO3 會(huì)與氧化金屬概況發(fā)生催化反應(yīng), 生成三硫化鐵或亞硫酸鹽而結(jié)垢。SO3 還會(huì)與SCR 脫硝噴進(jìn)的還原劑NH3 反應(yīng)形成硫酸鹽顆粒, 尤其是( NH4 ) 2 SO4 和NH4HSO4, 這些物資會(huì)致使低溫裝備部件的沾污和梗塞。

4 SO3 的控制和減排對(duì)策

4. 1 爐內(nèi)噴堿性物資

在爐膛中噴進(jìn)堿性物資可有用削減SO3 排放。如爐內(nèi)噴鈣技術(shù), 既可脫除部門(mén)SO2、避免SCR的砷中毒, 又對(duì)SO3 的控制也十分有用, SO3 脫除率最高可達(dá)90%。此外, 研究講明, 爐內(nèi)噴射鈣基、鎂基吸收劑, 可下降爐膛內(nèi)的SO3 濃度[ 5] 。

4. 2 爐后噴堿性物資

在爐后或省煤器的出口噴進(jìn)堿性物資既可削減SO3 對(duì)空預(yù)器的侵蝕, 也可有用地下降SO3 的排放[ 6] 。一般來(lái)說(shuō), 要控制SO3 的排放, 堿性物資的噴進(jìn)位置應(yīng)設(shè)置在空預(yù)器以后。但對(duì)于存在空預(yù)器低溫侵蝕的機(jī)組, 應(yīng)把吸收劑的噴進(jìn)點(diǎn)選在空預(yù)器的上游, 且加裝需要的清洗裝配。在除塵器前噴進(jìn)堿性吸收劑時(shí), 必需斟酌對(duì)除塵器的影響, 如進(jìn)口粉塵濃度的增加、粉塵比電阻的變化等。典型CFB 和N ID 工藝對(duì)SO3 脫除率可以達(dá)80% ~ 90%。

4. 3 采用ROFA技術(shù)下降SO3 的生成

ROFA 技術(shù)把強(qiáng)湍流和旋轉(zhuǎn)渦流連系起來(lái), 使得爐膛獲得更有用的分級(jí)燃燒。由于充實(shí)的夾雜和特殊的設(shè)計(jì), ROFA 發(fā)生的NOx 、CO、未燃碳、氧量和可燃物和SO3 要比其他的火優(yōu)勢(shì)( OFA )系統(tǒng)要低。據(jù)統(tǒng)計(jì), ROFA 在不使用任何吸收劑的條件下, 經(jīng)由過(guò)程對(duì)燃燒的調(diào)整可以在削減50% 的NOx 的同時(shí), 削減80%的SO3 排放。

4. 4 脫硝催化劑配比的調(diào)整

SCR中以T iO2 為載體的催化劑, 具有高的脫硝效率, 且其中的T iO2 具有較強(qiáng)的抗SO2 性能, WO3有助于抑制SO3 的生成, 但V2O5 或V2O5 - WO3、V2O5 - MoO3 能促進(jìn)SO2 向SO3 的轉(zhuǎn)化。此外,SO2 /SO3 的轉(zhuǎn)換率還與SCR 的面積速度即煙氣流速與催化劑的概況積之比有關(guān), 面積速度越年夜,SO2 /SO3 的轉(zhuǎn)換率越小。是以, 在選擇SCR 以T iO2為載體的催化劑時(shí), 可合理調(diào)整V 和W 的配比, 適度減小催化劑的壁厚, 在不影響脫硝效果的條件下,可有用控制脫硝階段的SO3 的生成。

4. 5 除塵器前噴氨

在空預(yù)器后和電除塵器之間噴進(jìn)氨, 一方面可有用地脫除煙氣中的SO3, 其脫除率約90%[ 7 ]; 另外一方面可對(duì)飛灰進(jìn)行調(diào)質(zhì), 經(jīng)由過(guò)程飛灰的凝結(jié)來(lái)改善ESP的性能。

4. 6 燃料切換和混煤參燒

采用發(fā)生SO3較少的次煙煤和煙煤混燒, 下降燃煤硫份, 削減煙氣SO2 濃度, 也下降爐膛和SCR中SO2 向SO3 的轉(zhuǎn)化, 次煙煤的高含量堿性灰份也有助于空預(yù)器和除塵器中SO3 的捕集[ 8 - 9 ] 。

4. 7 濕式靜電除塵器

濕式靜電除塵器(WESP)能有用地收集亞微米顆粒和酸霧[ 10] 。WESP可以設(shè)計(jì)成立式或臥式的,收集概況可所以管式的或是平板式。管式WESP的占地面積較小, 效率一般比平板式要高。WESP可與濕式洗滌塔集成在一起, 收集從洗滌塔逃逸出來(lái)的細(xì)小硫酸霧滴, 其對(duì)SO3 的脫除率可達(dá)95%, 煙羽的濁度幾近為零。

5 結(jié)語(yǔ)

( 1)燃煤電廠的可見(jiàn)煙羽是電廠文明生產(chǎn)和情況質(zhì)量的新問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn), 在燃煤電廠當(dāng)前的情況庇護(hù)治理?xiàng)l件下, SO3 的排放是影響煙羽顏色和不透明度的重要身分之一。

( 2) SO3 的生成很是復(fù)雜, 主要取決于汽鍋的燃燒、燃料成份、運(yùn)行參數(shù)、裝備的安插、脫硝脫硫舉措措施運(yùn)行狀態(tài)等。SO3 濃渡過(guò)高, 會(huì)引發(fā)下流裝備的低溫侵蝕、硫酸鹽的結(jié)垢、玷污和梗塞等。

( 3)濕法煙氣脫硫系統(tǒng)不僅不能有用脫除煙氣中的SO3 或H2 SO4, 而且會(huì)快速形成難于捕集的亞微米級(jí)的H2SO4 酸霧, 經(jīng)由過(guò)程煙囪直接排進(jìn)年夜氣, 成為形成可見(jiàn)煙羽的罪魁罪魁。

( 4)經(jīng)由過(guò)程調(diào)整和優(yōu)化燃燒方式、在汽鍋爐膛至ESP之間的分歧位置噴進(jìn)堿性物資和氨、設(shè)置濕式靜電除塵器、調(diào)整催化劑活性組分等, 可有用抑制SO3 的生成或脫除煙氣中的SO3, 到達(dá)下降煙囪出口SO3 的濃度, 消除可見(jiàn)煙羽的目的。

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