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技术贴|燃煤电厂SO3排放特征及其脱除技术(2)

北极星电力网新闻中心  来源:《环境工程学报》  作者:刘含笑 陈招妹等  2019/4/16 9:53:38  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 燃煤电厂 超低排放 湿法脱硫

3.1.3 电袋复合除尘器

研究表明,当烟气温度降至160 ℃以下时,烟气中SO3将大部分以H2SO4的形式存在。在电袋复合除尘器中,后级袋区的滤袋表面会沉积一层粉饼层,颗粒的粒径相对较小,相同厚度的粉饼层具有更多的吸附比表面积,当SO3及气态H2SO4通过带有粉饼层的滤袋时,会被粉饼层有效吸附,且飞灰中富含Na2O、K2O、CaO等碱性物质,可与其反应生成稳定的硫酸盐,防止SO3再次脱附。粉饼层对SO3的吸附机制如图8所示。根据相关研究,国内超低排放实施以后投运的电袋复合除尘器对SO3的脱除率可达80%以上,如图9所示。

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图8 SO3吸附机制

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图9 电袋复合除尘器对SO3的脱除率

3.2 石灰石石膏湿法脱硫对SO3的脱除能力

湿法脱硫主要用于脱除SO2,其脱除率可到99%。湿法脱硫入口烟气温度一般在45~55℃,此时SO3是以硫酸气溶胶颗粒的形式存在,且粒径一般在纳米级。脱硫浆液与硫酸气溶胶颗粒之间的传质作用主要依靠惯性碰撞、布朗扩散、重力沉降、电泳、热泳等作用实现,而对于纳米级的硫酸气溶胶颗粒而言,其斯托克斯数很小(<<1),很容易沿气流绕过浆液滴后逃逸,此时,布朗扩散是气溶胶颗粒的主要传质方式,其传质速率很慢,如图10所示,因此,湿法脱硫对SO3的脱除率并不高。

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图10 浆液滴对SO3捕集机制

根据图1中实测及文献调研数据,并结合其他文献中述及的相关数据,共整理得到有效数据40组,其中,常规石灰石石膏湿法脱硫技术数据26组,采用旋汇耦合、双托盘等湿法脱硫新技术的14组,如图11所示。常规石灰石石膏湿法脱硫技术对SO3脱除率并不高,一般在10%~70%,且绝大部分在30%~60%。采用旋汇耦合、双托盘等湿法脱硫新技术后,延长了石膏浆液与硫酸气溶胶的接触面积接触时间,SO3脱除率得以明显提升,最高可达到91.7%。

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图11 石灰石石膏湿法脱硫对SO3的脱除率

3.3 湿式电除尘器对SO3的脱除能力

SO3在湿电场中以硫酸气溶胶颗粒的形式存在,其脱除及与颗粒团聚机制如图12所示。湿电场中SO3脱除与湿电场的电场参数密切相关,相关实验研究表明,湿式电除尘器前预荷电装置的供电电压从0kV提高到16kV,湿电场对SO3的脱除率可从27.9%提高到82.4%,但硫酸溶胶颗粒粒径非常小,大部分处在纳米级,因此,当SO3浓度过高时,反倒会引起湿电场的电源运行参数下降。

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图12 湿电场中SO3脱除及颗粒团聚机制

根据图1中实测及文献调研数据,共整理得到有SO3脱除率的数据69组,其中,金属板式湿式电除尘器数据34组,导电玻璃钢管式湿式电除尘器数据35组,如图13所示。湿式电除尘器对SO3的脱除率较高,多在50%~90%,其中,金属板式湿式电除尘器多在50%~80%,导电玻钢湿式电除尘器为非连续喷淋,在实际运行过程中,电源参数可以升到更高,因此,其对SO3脱除率也更高,多在60%~90%,最高可达到91.8%。

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图13 湿式电除尘器对SO3的脱除率

4 SO3脱除新技术

4.1 碱基喷射脱除SO3技术

4.1.1 碱基干粉喷射脱除SO3技术

碱基干粉喷射脱除SO3技术属于非催化气固反应机制,如图14所示。碱基干粉颗粒对气态SO3的捕集可分为外扩散、界面反应和内扩散3个过程,因此,提高碱基对SO3脱除率关键在于提高干粉在烟气中分布的均匀性、提高固体颗粒对SO3的吸附和化学反应能力、提高反应产物的稳定性等。

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图14 气固反应机制

碱基干粉的喷射位置一般布置在SCR脱硝装置前后,典型的工艺流程如图15所示,在空预器前实现SO3高效脱除,可有效防止空预器ABS(硫酸氢铵)堵塞及下游设备腐蚀。

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图15 碱基干粉喷射工艺流程图

目前,用于脱除烟气中SO3的碱基干粉主要有钠基、钙基和镁基等,根据化学反应的强弱及反应产物的稳定性,对SO3的脱除能力为钠基>钙基>镁基。钠基主要有NaOH、NaHCO3、Na2CO3、NaHSO3、Na2SO3等,NaOH成本太高,不宜大量用于废气治理,NaHCO3可在100℃左右分解成Na2CO3、CO2、H2O,增加了比表面积,反应速率也大幅提高,但当温度超过180℃后会发生烧结,反应速率下降,与直接使用Na2CO3效果相当;钙基主要有Ca(OH)2、CaO、CaCO3等,且在300℃~400℃,对SO3的脱除能力为Ca(OH)2>CaCO3>CaO;镁基主要有Mg(OH)2、MgO等,且在350℃~400℃,对SO3的脱除能力为Mg(OH)2>MgO。

目前,国内大唐托克托电厂采用Ca(OH)2干粉作为吸收剂,碱硫比4:1时,脱除率约40%;大唐信阳电厂采用Na2CO3干粉作为吸收剂;娄彤等基于某1000MW机组空预器出口引出旁路烟气的中试平台,开展Ca(OH)2干粉喷射脱除SO3实验研究,碱硫比1:1时,Ca(OH)2干粉喷射+袋式除尘器的SO3脱除率可达88.78%。

4.1.2 碱基溶液喷射脱除SO3技术

碱基溶液喷射脱除SO3机理主要分为蒸发结晶段和气固反应段,碱基溶液经过双流体喷枪雾化后喷入高温烟气,溶液在很短的时间内(<0.1s)就会蒸发结晶,形成细小的碱基颗粒,并与气态SO3发生气固反应。蒸发结晶生成的颗粒粒径更细,且溶液喷射较干粉喷射更容易实现在烟气内扩散的均匀性,因此,在相同的碱硫比条件下,碱基溶液喷射脱除SO3的效果要优于干粉。

碱基溶液的喷射位置同干粉,典型的工艺流程如图16所示。

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图16 碱基溶液喷射工艺流程图

目前,碱基溶液喷射普遍采用Na2CO3溶液。相关实验研究表明,采用Na2CO3溶液喷射,当碱硫比4:1、停留时间3.66s时,SO3脱除率可达96.4%;目前,国内谏壁电厂8号机组采用Na2CO3溶液作为吸收剂,碱硫比1.7~1.9时,脱除率约80%。

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