燃煤电厂烟气中SO3生成治理及测试技术研究.docx

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1、燃煤电厂烟气中S03生成治理及测试技术研究S03是危害性极大的燃煤污染物,研究了燃煤电厂烟气中S03的生成和转化规律,分析了燃烧前、中、后的S03治理技术,基于此，提出了一种以低温电除尘技术为核心的S03控制技术路线,并通过分析国内外S03相关测试标准和技术,对该技术路线中S03测试方法进行了初步探讨,取得一定阶段性成果，旨在为相关技术研究、政策制定提供参考。关键词：燃煤电厂;S03生成;S03治理;S03检测中国以煤炭为主的能源供应格局在未来相当长的时间内不会发生根本改变，而由于环境容量有限，大气污染形势日益严峻，雾霾、酸雨等灾害性天气频发，PM2.5、S03等污染物减量控制迫在眉睫。S03

2、的危害要比S02大10倍，它是电厂蓝烟/黄烟的罪魁祸首，也是酸雨形成的主要原因。S03形成亚微米级的H2S04酸雾，通过烟囱排入大气，进而形成二次颗粒硫酸盐,这也是大气中PM2.5的重要来源之一。另外，SO3还可能引起设备腐蚀，或与NH31、S03生成S03主要来源于燃煤中的硫分，它的生成非常复杂，与锅炉的燃烧方式、燃料成分、运行参数、脱硝催化剂种类及设施运行状况等密切相关。1.1、 S03在锅炉炉膛的生成和转化燃煤中硫主要有无机硫、有机硫和元素硫3种存在形式。无机硫一般主要有硫化亚铁(FeS)和硫酸盐(CaS04、MgS04和FeS04等)两种形式，其中，在煤燃烧过程中，硫化亚铁可发生氧化反

3、应，并释放出S02气体，但硫酸盐一般不能再被氧化;有机硫是指与C、H、0等元素结合在一起所形成的CxHySz有机物，有机硫又可分为脂肪族硫和芳香族硫，其中芳香族硫较脂肪硫具有更高的热稳定性。在硫的3种存在形式中，有机硫、元素硫和无机硫中的硫化亚铁统称为可燃硫，且一般认为有机硫和元素硫会进入挥发分，而硫化亚铁则留在半焦中燃烧1。煤在炉膛燃烧过程中，大部分有机硫和元素硫也会被释放出来，松散结合的有机硫在低温条件下(700K)分解析出，而紧密结合的有机硫则在高温条件O800K)下分解析出，这部分进入挥发分的有机硫和元素硫遇到氧气时，会认为全部被氧化为S02,留在焦炭中的硫化亚铁被氧化，释放出S022

4、。转换为S03的转换率为0.5%L5%,该转换率与脱硝催化剂种类和运行状况有关,一般随着催化剂中V2O5含量越高，烟气温度越高，转换率越高6。2、S03治理2. 1燃烧前S03控制一般情况下，煤中硫分越高，生成的SO2越多，进而氧化生成的SO3也越多。因此，燃用低硫煤是降低烟气中SO3浓度的有效方法，当较难全部更换低硫煤时，可考虑掺烧部分低硫煤来降低S03的生成。另外，煤粉粒度对S03生成量也有一定影响，相关研究表明，对于细煤粉颗粒和超细煤粉颗粒燃烧时，随着粒径的减小，其燃烧速率显著提高，由于02的加速消耗，使得燃烧煤粉颗粒周围的02分压力降低变快，此时会生成大量C0气体,使得燃烧煤粉颗粒周围

5、还原性氛围加强，减弱了最初由有机硫析出的H2s等气体进一步氧化成S02,所以导致有更多的H2S等气体可以进一步与煤中的矿物质发生反应，形成如CaS等形式的固硫产物2。因此，细化或超细化煤粉燃烧可有效降低S03生成。3. 2燃烧中S03控制在燃烧中喷入碱性物质可有效减少S03排放，如氢氧化钙、氢氧化镁等。炉内喷钙可脱除部分S02和高达90%的S03,同时防止SCR的的中毒;炉内喷入氢氧化镁与S03反应生成硫酸镁,美国Gavin电厂炉膛喷镁脱硫效果显著，当Mg/S03摩尔比为7时，S03脱除率高达90%7。4. 3燃烧后S03控制在炉后或省煤器后喷入碱性物质也可有效减少S03排放，如喷入氢氧化钙、

6、氧化钙、氧化镁等粉末或浆液，可达到40%90%不等的S03脱除率，喷碱位置、数量、种类或喷射方式不同，脱硫效果也不尽相同8。脱硝催化剂对S02有一定的催化作用，如V205能进一步促进S02向S03转化，为减少NH4HS04的生成和空预器的堵塞，催化剂厂商一般会根据设计含硫量制定不同含量配方的催化剂，适当降低V205的含量，增加助催化剂W03,能在保持较高脱硝效率的同时一定程度上减少S03生成，降低S02/S03转化率。另外，除尘器前喷入氨调质剂也可有效脱除烟气中S03,脱除效率可达90机9。2.4、S03控制技术路线本文提出一种S03控制技术路线，除了可以采用上述燃烧前、燃烧中、燃烧后S03控

7、制技术外，还可通过在电除尘器前布置烟气冷却器(FGC),降低烟气温度至酸露点以下，使得烟气中S03冷凝成硫酸雾且绝大部分会吸附在粉尘表面，如图1所示，这样，S03跟随粉尘一起被高效脱除器脱除，其脱除率一般不小于80%,最高可达95机10-12。图1：S03控制技术路线传统的湿法脱硫对于S03脱除效率不高，主要是因为烟气在吸收塔内急速降温,其中GB492085、GB/T13580.51992GB/T15893.31995主要是对硫酸根的测定进行了规定。这些标准的编制时间已久，目前普遍参照标准DL/T998-2006中附录A：烟气中S03的测试的相关规定进行测试。美国、日本、ISO等均发布了关于S

8、03的检测标准和方法：EPA-8、ANSI/ASTMD48562001、JISK0103.TS0787-132002,如表2所示24-28,可提供相关检测参考,其中IS0787-132002仅对硫酸根的测定进行了规定。5. 2采样方法S03化学性质较为活泼，且与S02相比在烟气中的含量相对较低，因此，在采样过程中如何有效收集并避免S02的干扰，是采样的关键。基于等速采样，利用采样枪从烟道中抽取烟气，并对采样枪进行保温加热，防止S03在管壁冷凝，后接过滤器以过滤烟气中粉尘，之后接S03收集装置，然后是干燥装置、泵、流量计。其中S03收集方法有冷凝法和吸收法两种：(DS03冷凝法收集装置一般为恒温

9、蛇形管或螺旋管形式，可通过恒温水浴来控制冷凝装置温度，温度不宜低于60C,主要是防止S02也发生冷凝。DL/T998-2006、ANSI/ASTMD4856200KJISK01032005均属于该方法，但日本JIS标准中并未给出温度要求。表1中国现行S03测试相关标准材.才1名称塞和时网G”492085砥酸浓缩尾气助酸班的测定珞m彻比任，.1985年GB/T69112007r、上升青，仆?今金出水和1钠为，片J水三，侦酸盐的制定2007CJB/TI358O.51992人/C陆水中加1、N、加限电砧、有口被林、砒侬占;勺训足阳r色泌；x1992年；BZr15893.31995r江脑环。知水中酸A

10、ir的双g，七壬却i让1995年标花号标准名称EPA-8I&定源破酸客和二氧化硫测定EPA-8硫酸盐回收炉硫酸熊汽或零和二氧化硫测定ANSI/ASTMI）4856-20011作场所砍酸&测定（离子色谱法）JISK0103-2005烟气中总破气化物的分析方法ISO787-132002颁料和填充剂测试方法（第18部分）:水溶液中硫酸根测定吸收法指的是通过在冰浴中用80%异丙醇作为吸收剂，直接吸收烟气中S03,异丙醇可有效吸收S03并防止S02氧化,之后接3%H202洗气瓶以吸收烟气中S02。EPA-8属于该方法。3.3硫酸根测定方法冷凝法收集S03后，通过洗液冲洗，对于水溶液中低浓度S042-进行

11、测定，并根据采样体积折算烟气中S03浓度。水溶液中低浓度S042-测定方法主要有：重量法、铭酸钢光度法、离子色谱法、浊度法、容量滴定法等。其中重量法是1S0787-132002中的使用方法，但该方法操作繁琐、过程冗长，难以操作，而倍酸钢光度法也存在类似的缺点，离子色谱法检测相对方便，准确性也高，但设备投资费用高，难以普及，而相对来说浊度法和容量滴定法使用较为普遍28。对于异丙醇溶液中的S042-可通过钻试剂进行滴定29-30o3.4、S03控制技术路线中S03测试方法探讨如图1所示，电除尘器前布置了烟气冷却器（FGC）,将烟气温度降低至酸露点以中S03生成、治理及测试技术进行了分析，进一步的S03减排技术研究建议从以下几个方面开展：研究燃烧前煤的洗、选及混煤掺烧技术；（2）分析锅炉S03的形成机理和形态分布，研究炉内喷射钙基、镁基等碱性吸收剂对S03浓度的影响；（3）降低SCR中催化剂对S02氧化率；（4）研发以低低温电除尘技术为核心的烟气协同控制系统，使S03在烟气冷却器中冷凝并吸附到粉尘表面，从而被低低温电除尘器高效脱除；（5）优化WFGD结构，改善喷淋及除雾性能，进一步提高脱硫效率；（6）研究并优化湿式电除尘技术，进一步高效去除残余的S03;开发适用于实际应用的S03检测技术。