吴昊，盘思伟，张凯

(1.广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223；2.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)



600MW燃煤发电机组的SO3生成与排放特性

吴昊1，盘思伟2，张凯2

(1.广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223；2.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

采用控制冷凝法在某600MW燃煤发电机组选择性催化还原(selectivecatalyticreduction，SCR)脱硝反应器入口和出口、干式静电除尘器(dryeletrostaticprecipitator，DESP)入口和出口、湿式静电除尘器(wetelectrostaticprecipitator，WESP)入口和出口进行现场SO3质量浓度测试，分析了锅炉的SO3生成特性及各烟气处理设备对其的影响。结果表明，炉内燃烧过程会产生15.2～21.6mg/m3的SO3，其生成质量浓度随负荷升高有所降低；SCR脱硝过程中部分SO2转化为SO3，导致SO3质量浓度升高55.4%～58.3%；DESP、WFGD装置和WESP的SO3脱除效率分别为44.67%～44.57%、74.1%～75.6%和51.4%～57.6%；WFGD装置对SO3的脱除效率显著低于对SO2的脱除效率，而WESP对SO2和SO3的脱除效率无明显差异。

锅炉；SO3；选择性催化还原脱硝反应器；湿法烟气脱硫装置；湿式静电除尘器

SO3是燃煤电厂排放的一种重要污染物[1]。一方面，烟气中SO3与H2O反应生成H2SO4，使烟气酸露点升高而诱发烟道及设备低温腐蚀；为避免H2SO4冷凝，通常需要提高烟气温度，从而导致机组的经济性降低[2]；同时，SO3会在选择性催化还原(selectivecatalyticreduction，SCR)脱硝反应器中与NH3、H2O等反应，生成NH4HSO4等黏性物质，造成催化剂失活及下游空气预热器(airpreheater，APH)阻塞，对电厂的安全运行产生威胁[3]。另一方面，排放进入环境的SO3、H2SO4，既产生蓝色或黄色烟羽现象，又会加重颗粒物和酸沉降，造成环境污染，对人体健康产生不利影响[4-5]。

Tonn、Moretti、Snyder等[4-6]对煤燃烧过程中SO3的生成、转化及控制方法进行了综述，指出燃煤锅炉内的SO3主要通过两个路径生成。在锅炉内高温燃烧过程中，煤中的硫分被氧化，其中大部分被氧化成SO2，小部分(0.5%～1.5%)被氧化成SO3；另外，当前燃煤机组普遍安装SCR脱硝反应器用以减少NOx排放，其催化剂中的V2O5成分会催化烟气中的SO2，并部分氧化为SO3。对于中高硫煤，脱硝装置出口处SO3体积分数可达35～55μL/L，甚至更高。

SO3的排放特性不仅受其生成特性影响，还与下游静电除尘器(eletrostaticprecipitator，ESP)、湿法烟气脱硫(wetfluegasdesulfurization，WFGD)装置等烟气净化设备密切相关[5, 7-9]。在经过ESP时，部分SO3与H2O反应生成H2SO4，进而在飞灰表面凝结沉积，随除尘过程从烟气中脱除，脱除效率约20%。在WFGD过程中，浆液捕集作用对SO3有50%的脱除效率。由于ESP和WFGD装置不能有效地控制SO3排放，因此SO3以硫酸气溶胶的形态通过烟囱排放后，不但增加了烟囱排放的烟羽浊度，而且对环境造成污染。近年来，大量电厂加装湿式ESP(wetelectrostaticprecipitator，WESP)用以实现对SO3、颗粒物(particulatematter，PM)、汞(Hg)等多种污染物的终端控制[7-8, 10]。

充分认识电厂运行过程中SO3的生成特性及各个烟气净化装置尤其是WESP的作用特性，对控制SO3具有重要的意义。本文对600MW燃煤机组SO2、SO3的质量浓度变化进行现场测试和分析，研究SO3的生成特性及其沿程质量浓度变化情况，并进一步分析SCR脱硝反应器、ESP、WFGD装置和WESP等烟气净化设备对SO3的作用特性。

1　试验

1.1试验工况

试验在某600MW燃煤发电机组上进行，机组采用煤粉锅炉，四角切圆燃烧方式。锅炉为单炉膛平衡通风、固态排渣、露天布置结构，省煤器后安装SCR脱硝装置、APH、干式ESP(dryeletrostaticprecipitator，DESP)、WFGD装置和WESP等设备，用于烟气净化。SCR脱硝装置采用V2O5-WO3/TiO2催化剂，以液氨作为还原剂。DESP为线板式结构，采用水平、双室四电场布置。脱硫塔为喷淋空塔。WESP为双室双电场结构，安装于脱硫塔和烟囱之间的水平烟道上，运行过程中向烟气中喷水以增加烟气湿度，并使用水冲洗极板，喷淋液经处理后循环使用，其中添加NaOH溶液维持喷淋液pH。现场试验共在6个位置进行，依次为SCR脱硝装置前、SCR脱硝装置后、DESP前、DESP后、WFGD装置后和WESP后。根据各采样位置、烟道大小设置不同数量的测点(共16个)，其具体布置如图1所示。

图1　采样点分布

1.2采样方法

SO3质量浓度的测定采用控制冷凝法，参考GB/T21508—2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》[11]，采样系统如图2所示。

图2　SO3采样系统

2　结果与讨论

2.1SO3的质量浓度及生成特性

图3为75%额定负荷和100%额定负荷两种工况下各测点烟气中SO3的质量浓度。

图3　烟道沿程各测点烟气的SO3质量浓度

当锅炉负荷由75%额定负荷升高至100%额定负荷后，SO3质量浓度由34.2mg/m3降低到23.6mg/m3，即负荷升高后SCR过程产生的SO3由12.6mg/m3降低至8.4mg/m3。SCR脱硝反应器内空速升高，反应停留时间变短，不利于反应气体在催化剂微孔中的扩散吸附，导致反应速率降低，造成高负荷下SO3生成率低于低负荷工况下。

2.2烟道沿程SO3质量浓度变化情况

由图3可知：烟气在依次经过APH、DESP、WFGD装置和WESP的过程中，SO3质量浓度呈下降趋势，但各个烟气处理设备对SO3转化的影响程度不同。图4为各烟气处理设备对烟气中SO3的脱除效率。

图4　各烟气处理设备对SO3的脱除效率

经过APH后，SO3质量浓度由23.6～34.2mg/m3变为24.4～25.8mg/m3，变化范围为 -3.3%～24.6%， 该结果与文献报道值(0～50%)基本吻合。在APH中，烟气温度由350 ℃降低到135 ℃。烟气条件下SO3酸露点接近上述温度区间，所以APH中烟气温度降低会促使SO3在飞灰表面及烟道壁面冷凝，进而导致SO3质量浓度降低，由于烟气停留时间较短，所以SO3质量浓度变化不大。同时，经过SCR脱硝装置的烟气中SO3增加，产生了更多的硫酸氢铵。上述物质在174 ℃以上是液态，容易粘结在APH上，导致烟气中SO3降低[17-18]。

在DESP内，SO3质量浓度由24.4～25.7mg/m3降低至13.5～14.3mg/m3，降低了44.67%～44.57%。该结果与文献报道ESP的沉积比例(20%～80%)基本相符，低于布袋除尘器的沉积比例(90%)。在DESP内，冷凝和放电过程同时对SO3质量浓度的变化产生影响。ESP的烟气温度约130 ℃，低于酸露点温度，SO3在飞灰表面或烟道壁面发生冷凝沉积，由于烟气在ESP中有较长的停留时间，冷凝沉积比在APH中显著。同时，燃煤飞灰中存在的碱性组分(Na2O等)与SO3发生反应，ESP极板上捕集的飞灰多呈蓬松结构，进一步促进该反应过程。然而，在ESP中，电晕放电会氧化空气中的O2而产生O3，O3促进SO2氧化而产生SO3。总体来说，由于新生成的SO3较少，所以SO3质量浓度呈下降趋势。

在WFGD过程中，碱性石灰石浆液与烟气中SO2、SO3等酸性气体组分发生化学反应，导致SO3质量浓度降低，降低幅度为74.1%～75.6%，略高于文献中WFGD装置的脱除效率(30%～50%)。SO3易与水蒸气反应形成硫酸蒸汽，当温度低于120 ℃时，形成的SO3几乎全部形成硫酸蒸汽[19]。烟气经过WFGD装置时，由于停留时间短，温度下降快，硫酸蒸汽很快冷凝形成亚微米级小液滴[20]。这些气溶胶比较容易穿透吸收塔的喷淋层和除雾器，因而SO3的脱除效率一般较低[21]。

2.3SO2和SO3的控制效果差异

烟气中的SOx主要为SO2和SO3，WFGD装置和WESP等设备对SO2和SO3的控制效果有显著差别。表1和表2分别为WFGD装置和WESP中SOx的质量浓度和脱除效率，图5为WFGD装置和WESP中烟气的SO3占SOx的比例。

表1WFGD装置和WESP的SOx质量浓度mg/m3

采样位置SO2质量浓度75%额定负荷100%额定负荷SO3质量浓度75%额定负荷100%额定负荷WFGD入口1042.0968.714.313.5WFGD出口7.011.73.73.3WESP出口2.23.71.81.4

表2WFGD装置和WESP的SOx脱除效率%

设备SO2脱除效率75%额定负荷100%额定负荷SO3脱除效率75%额定负荷100%额定负荷WFGD装置99.398.874.175.6WESP69.068.351.457.6

图5　WFGD装置和WESP中SO3占SOx的比例

由表2和图5可知：WFGD装置对SO2的脱除效率优于对SO3的控制作用，经过WFGD装置后烟气中SO3占SOx的比例升高。在WFGD装置中，主要通过SO2+CaCO3→CaSO3和SO3+CaCO3→CaSO4固定SOx。在高湿度的WFGD烟气中，大量SO3以H2SO4气溶胶存在，使其与脱硫液滴的接触能力(液-液)远低于SO2气体与脱硫浆液液滴(气-液)，从而导致SO3脱除效率远低于SO2脱除效率。

安装于WFGD装置下游的WESP对SO2和SO3的控制作用相近。由表1、表2和图5看出，经过WESP后，SO2质量浓度由7.0～11.7mg/m3降低至2.2～3.7mg/m3，脱除效率为 68.3%～69.0%。 在WESP运行过程中，喷淋浆液会捕获烟气中的SO2，而浆液中加入的NaOH溶液调节pH，促进对SO2的捕集。经WESP后，SO3质量浓度由3.3～3.7mg/m3降低至1.4～1.8mg/m3，脱除效率为51.4%～57.6%。WESP对SO3的捕获作用体现在两方面：一方面，H2SO4气溶胶在WESP中产生荷电效应，并通过静电力作用捕集于收尘极板上；另一方面，WESP运行过程中向烟气中喷淋浆液冲洗极板，浆液循环使用过程中添加NaOH溶液，使pH值维持在弱碱性(pH=7～9)，NaOH等碱性组分能与SO3、H2SO4等酸性组分反应，促进SO3脱除。WESP对SO2和SO3的脱除效果相近，因此经过WESP后SO3占SOx比例无显著变化。

3　结论

本研究通过现场测试分析，研究了600MW燃煤机组运行过程中SO2和SO3在烟道沿程质量浓度的变化情况，分析了SCR脱硝反应器、APH、DESP、WFGD装置和WESP对其排放的影响。炉内燃烧过程产生的SO3质量浓度为 15.2～21.6mg/m3，其生成质量浓度随负荷升高有所降低。SCR脱硝过程中部分SO2转化为SO3，导致SO3质量浓度升高55.4%～58.3%。DESP、WFGD装置和WESP的SO3脱除效率分别为44.67%～44.57%、74.1%～75.6%和51.4%～57.6%，WFGD装置对SO3的脱除效率显著低于SO2脱除效率，而WESP对SO2和SO3的脱除效率相近。

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(编辑李丽娟)

FormationandEmissionCharacteristicofSO3in600MWCoal-firedGeneratingUnit

WUHao1,PANSiwei2,ZHANGKai2

(1.GuangdongYuedeanJinghaiPowerGenerationCo.,Ltd.,Jieyang,Guangdong515223,China; 2.ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

ControlcondensationmethodisusedforfieldtestingonSO3massconcentrationattheinletandoutletofselectivecatalyticreduction(SCR)reactorofthe600MWcoal-firedgeneratingunit,inletandoutletofthedryelectrostaticprecipitator(DESP)aswellasinletandoutletofthewetelectrostaticprecipitator(WESP).ThispaperanalyzesformationcharacteristicofSO3andinfluenceofvariousfluegasprocessingequipments.Resultsindicatethatinprocessoffurnacecombustion,thereis15.2～21.6mg/m3SO3tobeproducedofwhichmassconcentrationreduceswithincreaseofload.SomeSO2maytransfertoSO3inprocessofSCRDeNOxwhichmaycauseSO3massconcentrationrise55.4%～58.3%.SO3removalefficiencyofDESPdevice,WFGDdeviceandWESPdeviceisrespectively44.67%～44.57%, 74.1%～75.6%and51.4%～57.6.SO3removalefficiencyofWFGDdeviceisobviouslylowerthanSO2removalefficiencywhiletherearenoobviousdifferencesbetweenremovalefficiencyofSO2andSO3ofWESPdevice.

boiler;SO3;selectivecatalyticreduction(SCR)reactor;wetfluegasdesulfurization(WFGD);wetelectrostaticprecipitator(WESP)

2016-05-20

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.008

X701.3

B

1007-290X(2016)07-0039-05

吴昊(1983)，男，山东滨州人。工程师，主要从事火电厂环保技术监督工作。

盘思伟(1975)，男，广东台山人。高级工程师，工学硕士，主要从事电厂环保的科研和试验工作。

张凯(1987)，男，湖南湘潭人。工程师，工学博士，主要从事电厂环保的科研和试验工作。