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煙氣脫白和煙氣煙羽治理攻堅(jiān)策略
點(diǎn)擊次數(shù)：6867 發(fā)布時間：2018-3-7
航天銀箭環(huán)境工程治理與潔凈煙氣的排放，旗下有不銹鋼煙囪，除霧器，脫硫塔，環(huán)保系統(tǒng)集成技術(shù)，對煙氣脫白和煙氣潔凈化排放有著長足的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)介紹煙氣脫白治理現(xiàn)狀和煙雨治理策略。
某電廠600MW機(jī)組在完成環(huán)保改造后，煙囪排煙出現(xiàn)不透明煙羽現(xiàn)象。為此，對煙氣成分以及對煙羽形成影響較大的選擇性催化還原（SCR）脫硝系統(tǒng)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：煙氣中的SO3體積分?jǐn)?shù)會隨著燃煤中硫分的增加而增加，且經(jīng)過SCR脫硝系統(tǒng)后，煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)顯著提高，會誘發(fā)可見煙羽；SCR脫硝反應(yīng)器出口的NOx分布反映出流場的不均，其所造成的氨逃逸過大會增加可見煙羽產(chǎn)生的概率；SCR脫硝催化劑的磨損、失活等因素增加了可見煙羽出現(xiàn)的概率。該結(jié)論可為制定煙羽治理方案提供理論依據(jù)。
隨著國家對污染物排放要求的逐漸提高，顆粒物、SO2、NOx等污染物排放均得到了有效控制。但在煙氣環(huán)保設(shè)施投入運(yùn)行后，部分火電廠排煙出現(xiàn)了不透明煙羽或藍(lán)色/黃棕色有色煙羽，產(chǎn)生了視覺污染。煙氣中部分成分會形成氣溶膠，但含量一般較低，對光線的散射并不明顯。對于煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)較高且采用了濕法脫硫工藝的機(jī)組，SO3與水反應(yīng)生成硫酸并在煙氣溫度低于酸露點(diǎn)后生成硫酸霧滴，硫酸霧滴自身或吸收周圍水分后的霧滴增大了氣溶膠的含量[1]。當(dāng)煙氣氣溶膠中長大的亞微米級顆粒比例較高時，會產(chǎn)生米氏散射，對光線的散射作用增強(qiáng)，此時可以看到濃厚的不透明白色煙羽；當(dāng)氣溶膠中亞微米級顆粒較少，而以高含量、更細(xì)小的納米級顆粒為主時，顆粒遠(yuǎn)小于可見光波長，則會產(chǎn)生瑞利散射，雖然此時煙羽不透光，但對藍(lán)色光的散射作用較強(qiáng)，光線透過煙羽后呈現(xiàn)黃棕色，而其他角度則能夠觀察到藍(lán)色，因此也能夠觀察到較為明顯的透明煙羽。
可見，SO3是產(chǎn)生可見煙羽的必要因素，而煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)除了和煤質(zhì)有關(guān)外，還受鍋爐燃燒條件以及選擇性催化還原（SCR）脫硝設(shè)備的影響。加裝煙氣脫硫（FGD）設(shè)備后，SO2排放得到有效控制，但鍋爐后煙氣環(huán)保設(shè)施對SO3的去除效果較差，若電廠在脫硫提效改造后選用了含硫量更高的煤種，SO3的排放量可能會更高。因此，鍋爐的燃燒方式、下游煙氣環(huán)保設(shè)施、燃用煤種、煙氣成分等因素對煙羽的產(chǎn)生和形態(tài)均有不同程度的影響。某電廠亞臨界600MW機(jī)組在加裝SCR脫硝系統(tǒng)后，出現(xiàn)了明顯的煙羽。本文通過對該機(jī)組SCR脫硝設(shè)備運(yùn)行情況的分析和對煙氣成分的測試，分析了煙羽形成的原因，為后期制定SO3治理方案提供理論依據(jù)。
1系統(tǒng)簡介
某電廠亞臨界600MW機(jī)組于2013年10月完成了SCR脫硝系統(tǒng)、電袋除塵系統(tǒng)及濕法脫硫系統(tǒng)的改造，工藝流程示意如圖1所示。其中，SCR脫硝催化劑采用初裝2層加裝1層板式催化劑。
為研究煙氣污染物對煙羽的影響，電廠分別在2014年8月有濃厚煙羽和2016年8月僅有輕微煙羽時，對SCR脫硝反應(yīng)器進(jìn)出口、脫硫系統(tǒng)進(jìn)出口、煙囪入口等各點(diǎn)處的SO2、SO3、H2SO4、HCl等污染物含量進(jìn)行了測試分析，采樣點(diǎn)如圖2所示。
2煙羽形成原因分析
2.1煤質(zhì)及煙氣成分分析
在該機(jī)組排煙出現(xiàn)濃厚煙羽以及輕微煙羽2個階段，分別采集代表性煤樣進(jìn)行分析。其中，出現(xiàn)濃厚煙羽時鍋爐燃用的煤種為實(shí)測煤種2，僅有輕微煙羽時煤種為實(shí)測煤種1，具體煤質(zhì)分析結(jié)果見表1。由表1可知，2種煤質(zhì)的大部分指標(biāo)在脫硝改造后的設(shè)計(jì)煤種和校核煤種之間，而全硫分差別較大，因此推斷硫分較高煤種生成的煙氣中SO3濃度也較高，而SO3是造成煙羽現(xiàn)象物質(zhì)的主要前驅(qū)體，故其形成煙羽的概率也較大。在鍋爐分別燃用實(shí)測煤種1和實(shí)測煤種2時,各環(huán)保設(shè)施進(jìn)出口的SO2、SO3體積分?jǐn)?shù)見表2和表3。表3中未區(qū)分SO3和硫酸霧滴。
由表2、表3可見，燃用實(shí)測煤種2對應(yīng)的SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣中SO2和SO3的體積分?jǐn)?shù)均較燃用實(shí)測煤種1有顯著提高，這與全硫測試結(jié)果一致。SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣中的SO3來自于燃燒生成及SO2的轉(zhuǎn)化[6]。在經(jīng)過SCR脫硝反應(yīng)器后，SO3體積分?jǐn)?shù)顯著增加，新增加的SO3來自于SO2在脫硝催化劑催化作用下的氧化。以SCR脫硝反應(yīng)器入口SO2體積分?jǐn)?shù)為基準(zhǔn)，2種實(shí)測煤種SO2氧化率分別為0.63%和0.82%。
SCR脫硝反應(yīng)器出口到脫硫塔入口之間煙氣經(jīng)過了空氣預(yù)熱器和靜電除塵器，SO3體積分?jǐn)?shù)有一定程度的下降。這是由于在空氣預(yù)熱器中，煙氣溫度有所下降，已有的和新生成的硫酸氫銨會在換熱面或飛灰上凝結(jié)，使得煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)下降。吸附在飛灰上的SO3和新形成的部分硫酸霧滴又進(jìn)一步被靜電除塵器捕集，因此SO3體積分?jǐn)?shù)也有一定程度的下降。此外，對比表2、表3還可以發(fā)現(xiàn)，SO3體積分?jǐn)?shù)較低時其被脫除率為22.6%，SO3體積分?jǐn)?shù)較高時被脫除率則為29.3%，說明空氣預(yù)熱器和靜電除塵器對SO3的脫除率會隨著其體積分?jǐn)?shù)降低而降低。
煙氣通過脫硫吸收塔后，SO2得到了有效去除，但SO3體積分?jǐn)?shù)并未顯著下降。在脫硫塔中，當(dāng)溫度降到酸露點(diǎn)以下后，所有SO3全部轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩犰F滴。脫硫塔對于大粒徑的霧滴有較高的捕集效率，但對于新形成的小粒徑的硫酸霧滴，捕集效率很低，且小粒徑的硫酸霧滴在脫硫塔形成的速率高于其被捕捉的速率。從表2、表3可以看到，脫硫塔出口SO3/SO2比例從SCR脫硝反應(yīng)器出口的1%以下增至30%以上。鍋爐排煙的SO3體積分?jǐn)?shù)超過10mL/L后即有可能看到明顯的煙羽，燃用實(shí)測煤種2時脫硫塔出口的SO3體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了18.2mL/L，此時出現(xiàn)了濃厚的不透明煙羽。
HCl與NH3結(jié)合也能生成小粒徑的氣溶膠，可能對可見煙羽的生成有促進(jìn)作用。HCl在氨逃逸較大時，會與氨反應(yīng)形成鹽，增加氣溶膠濃度，從而增強(qiáng)煙羽的不透明度；而在氨逃逸較低的條件下，NH3首先與SO3反應(yīng)，則HCl對煙羽的影響較小。對燃用實(shí)測煤種1和實(shí)測煤種2時相應(yīng)的環(huán)保設(shè)施各煙氣測點(diǎn)的HCl質(zhì)量濃度進(jìn)行了檢測，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，燃用2種實(shí)測煤種時各測點(diǎn)的HCl質(zhì)量濃度差異較小。在燃用實(shí)測煤種2時，SCR脫硝設(shè)備產(chǎn)生的氨逃逸較小，此時的濃厚煙羽主要受SO3影響；而在燃用實(shí)測煤種1時，SCR脫硝設(shè)備產(chǎn)生的氨逃逸較大，雖然SO3體積分?jǐn)?shù)較低，但NH3會與HCl反應(yīng)生成小顆粒氣溶膠，此時出現(xiàn)的持續(xù)輕微煙羽在一定程度上是受其影響產(chǎn)生的。
2.2SCR系統(tǒng)對煙羽生成的綜合影響
氨與煙氣中的SO3或HCl氣溶膠反應(yīng)生成銨鹽，對煙羽的生成也有增強(qiáng)作用。銨鹽的*來源是SCR脫硝系統(tǒng)；煙氣中SO3來源于爐膛燃燒和SCR脫硝催化劑催化氧化反應(yīng)。可見，SCR脫硝系統(tǒng)對于煙羽的形成有重要影響，需要對SCR脫硝系統(tǒng)和催化劑的運(yùn)行狀態(tài)特性進(jìn)行分析。
2.2.1氨逃逸質(zhì)量濃度的影響
現(xiàn)場實(shí)測SCR脫硝反應(yīng)器入口和出口的NOx質(zhì)量濃度測試結(jié)果如圖4所示。由圖4可見：SCR脫硝反應(yīng)器B側(cè)入口NOx質(zhì)量濃度分布較為均勻；但反應(yīng)器出口截面NOx分布均勻性較差，且均呈現(xiàn)6個測孔排布方向上兩邊高中間低，深度方向上深處高、淺處低的規(guī)律，這主要是由于流場不均勻所致。
SCR脫硝系統(tǒng)逃逸的氨會與煙氣中的SO3反應(yīng)生成銨鹽（ABS）。ABS一方面會由于其本身的黏性與煙氣中的飛灰結(jié)合或直接粘附在設(shè)備表面，造成下游煙道的堵塞和設(shè)備的腐蝕。另外，還有部分以小顆粒形式存在的ABS也會增加氣溶膠的濃度，使排煙更容易出現(xiàn)不透明可見煙羽。
表4為SCR脫硝反應(yīng)器出口氨逃逸質(zhì)量濃度測試結(jié)果。由表4可見，根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，SCR脫硝反應(yīng)器出口氨逃逸質(zhì)量濃度平均值為8.18mg/m3。這是由于流場不均勻造成SCR脫硝反應(yīng)器噴氨系統(tǒng)無法充分發(fā)揮作用，為滿足SCR脫硝反應(yīng)器出口NOx排放質(zhì)量的設(shè)計(jì)要求，需要噴入更多的氨，zui終造成了氨逃逸的增加。
2016年8月鍋爐燃用煤質(zhì)1，煙氣SO3體積分?jǐn)?shù)較低，但在銨鹽小顆粒氣溶膠的作用下，排煙煙羽雖然不濃厚，但仍然持續(xù)有輕微的煙羽出現(xiàn)。
2.2.2催化劑的影響
催化劑長期運(yùn)行后，會發(fā)生表面活性物質(zhì)剝落，宏觀煙氣流道堵塞，微觀比表面積下降，以及化學(xué)中毒，在這些因素的影響下，催化劑綜合性能會逐漸下降，脫硝能力和SO2氧化率都會相應(yīng)降低。