燃煤电厂超低排放PM25污染物控制方案.docx

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1、燃煤电厂超低排放PM2.5污染物控制方案随着环境污染日趋严重，环境保护也越来越被重视，大气污染的治理在雾霾天气的推动下迫在眉睫，而雾霾的重要评价指标为PM2.5o本文主要针对燃煤电厂PM2.5展开一系列的论述。燃煤电厂PM2.5污染物78%属于可冷凝颗粒物，只有22%属于可过滤的颗粒物，燃煤电厂PM2.5的控制主要是S03mist的控制。控制S03mist的主要方案是低低温电除尘系统和湿式静电除尘器。笔者建议在推广燃煤电厂超低排放标准时，增加对S03量的排放限制值，并且将S03作为总粉尘排放量的计量值，从而有效控制燃煤电厂PM2.5的排放浓度。1引言PM2.5也叫可吸入颗粒物，是指空气动力学粒

2、径小于2.5um的颗粒，这些颗粒物100%可以吸入肺泡中，其中0.3um-2um的粒子几乎全部沉积于肺部而不能呼出，进而进入人体血液循环。由于比表面积大，吸附性很强，容易成为空气中各种有毒物质的载体，特别是容易吸附多环芳烧、多环苯类和重金属及微量元素等，使得致癌、致畸、致变的发病率明显升高。PM2.5这类超细颗粒物对光的散射作用强，是灰霾形成的主要“元凶二PM2.5分为一次颗粒物和二次颗粒物，一次PM2.5颗粒物：包括直接以固态（或液态）形式排出的超细颗粒物和在排放烟气温度超过饱和温度条件下以气态或蒸汽态排出，在烟羽扩散过程中冷凝产生的超细颗粒物；二次颗粒物：是以气态SOx、NOx.VoC等形

3、式排放到大气中，经过复杂的物理化学变化转化成的超细颗粒物。对燃煤电厂实测说明，一次凝结的PM2.5颗粒物占总PM2.5颗粒物排放的36%左右。一次PM2.5又可以分为可过滤的颗粒物(fi1terab1e)和可冷凝的颗粒物(Condensab1e),据美国环保局估计，78%的PM2.5属于可冷凝颗粒物，也就是S03等酸性气体形成的酸雾，只有22%属于可过滤的颗粒物。由于可过滤的颗粒物在PM2.5总组成中占比非常少，即便现有火电厂执行超低排放所规定的10-5mgNm3排放限值，仍然缺陷以解决PM2.5污染问题。因此，要解决燃煤电厂的PM2.5污染问题，就必须去除S03冷凝形成的酸雾。S03进入湿法

4、脱硫洗涤塔冷凝成超细颗粒的物质S03酸雾(S03mist),在美国已将其归入总的粉尘排放值的计算值，以替代原有总的SOx排放值的计量值。2、S03的性质三氧化硫是一种无色易挥发的固体，有三种物相。(高中化学一般认为其在常温下是液体，标况下是固体，加热后是气体。)-S03丝质纤维状和针状，密度1.97gcm3,熔点62.3C;6-S03石棉纤维状，熔点624C,在50可升华；Y-S03玻璃状，熔点16.8七，沸点44.8c5C0溶于水，并跟水反应生成硫酸和放出大量的热，因此又称硫酸酎。可溶于浓硫酸而成发烟硫酸。它是酸性氧化物，可和碱性氧化物反应生成盐。三氧化硫是很强的氧化剂，特别是在高温时能氧化

5、硫、磷、铁、锌以及澳化物、碘化物等。天然的S03固体有一种令人惊讶的、因痕量水导致构造改变的复杂构造。由于气体的液化，极纯的S03冷凝形成一种通常称作Y-S03的三聚体。这种分子形式是一种熔点在16.8。C的无色固体。它形成的环状构造被称为3。图1Y-S03分子的构造模型如果S03在27。C以上冷凝，可形成熔点为16.83。C的“-S03a-S03外观为类似石棉的纤维状（虽然两者相差甚远）。在构造上来说，它是形如n的聚合物。聚合物分子的每个末端都以-OH完毕。B-S03是与a构型相类似、但相对分子质量不同的纤维状聚合物，其分子末端亦皆为羟基，熔点为62.4（。Y构型和B构型都是介稳的，在长时间

6、放置后最终会转化为稳定的Q构型。这种转化是由痕量水导致的。在同一温度下固体S03的相对蒸气压大小为a1称为过饱和，S1称为未饱和。过饱和度远大于1、且没有足够的固相表面时，将产生硫酸自成核，也就是在气相中直接产生酸性雾滴，其成核温度一般比较低，雾滴粒径非常细小；当过饱和度S小于5时，在飞灰或壁面上产生的即为异相冷凝,异相冷凝又分为两种情况，一种是快速冷凝，一种是慢速冷凝。快速冷凝发生在脱硫塔内，烟气中的硫酸蒸汽在温度只有50。C左右的浆液液滴表面处，产生急冷效果，在20Un1厚度的液滴边界层内，温度降将超过70-8（C,过饱和度S大于10-15,此时将产生数量非常多的超细酸雾，粒径大约只有0.

7、30.5umo而烟气通过非接触式换热器逐渐降温到酸露点以下时,将产生慢速冷凝，这种情况下，具有大比表面积的飞灰发挥冷凝核作用，由于飞灰具有的总表面积远大于换热器壳体和管表面，硫酸蒸汽将优先在飞灰颗粒表面上冷凝，并与飞灰中的碱性金属氧化物形成硫酸盐。图2低低温静电除尘技术原理示意图2）博奇的换热器技术博奇先进的烟气净化系统的核心就是布置在空预器和静电除尘器之间的烟冷器，如下列图所示，它为S03提供了理想的慢速冷凝场所。在烟冷器中，烟气温度从传统的130-150。C降低85。C左右，几乎所有硫酸蒸汽，将选择性的在飞灰表面冷凝，最终烟气中的硫酸蒸汽量将大为减少，脱S03率可到达95%以上。另一方面，

8、飞灰表面吸收了S03后，比电阻大幅度降低，可以通过后续的干式静电除尘器脱除。图3低低温静电除尘技术脱S03原理图图4烟气控制系统不同温度下S03的脱除情况图5美国某电厂开展的传统烟气处理系统和先进低低温系统现场测试结果20*年，博奇的低低温静电除尘技术在*平海电厂1#机组（IOOOMW）上获得成功应用，S03排放浓度1ppm（3.57mgNm3）,烟尘排放浓10mgN33）换热器防腐设计低低温静电除尘器的换热器可以控制金属壁面腐蚀。通过大量的实验证明，只要控制灰硫比在一定范围，飞灰足以吸收烟气中绝大部分S03,保证换热器始终处于干态环境,（如下列图所示，其中的蓝色线为干湿环境交界限）：图6低低

9、温烟气处理系统控制换热面腐蚀的原理低低温静电除尘器通过有效控制可使换热器始终处于远离干湿环境交界限的干态环境，有效防止低低温运行条件下换热器的腐蚀现象。下列图显示博奇设计的低低温换热器,其材质为普通碳钢，但运行1年后依然保持无腐蚀的清洁状态。综上所述，博奇拥有先进成熟的低低温静电除尘技术图7换热管在某电厂运行1年后4.12脱除粉尘1）传统静电除尘器的局限火电厂目前安装的除尘设备中，电除尘器占95%,在应对新环保标准方面，传统静电除尘器面临诸多困难。a）受煤、飞灰成分影响大：ESP适应的烟尘比电阻范围在104-1011cm之间，比电阻过低，荷电烟尘到达集尘极很快释放电荷，容易从极板上返回气流；比

10、电阻过大，荷电粒子在集尘极上缓慢释放电荷，烟尘积累容易产生反电晕现象。飞灰比电阻取决于煤的含硫量、水分和飞灰碱性金属含量等因素，一般低硫煤比电阻高于高硫煤。b）受操作温度影响大：传统ESP的操作温度在130T5（C,该温度区飞灰比电阻处于高位。C）对细颗粒的捕集效率不高：根据Detusch方程，ESP的效率取决于荷电粒子在电场中的迁移速度，为提高该迁移速度，需要增加电场电压，这容易导致ESP产生电火花，产生火花的电压即ESP的极限电压，电压的限制导致细颗粒特别是小于0.1-5Um颗粒能够逃离ESPo2）低低温静电除尘器的优势影响电除尘器性能的因素有很多，包括烟气性质、飞灰特性、除尘器构造和运行

11、条件等，其中比电阻的影响较为突出。如下列图所示，比电阻在104-1011cm之间，最适合电除尘器收尘，否则除尘效率将急剧下降。图8飞灰比电阻与静电除尘效率关系曲线飞灰导电机制可以看成体积导电和表面导电的综合。当烟气温度超过200。C时，以体积导电为主，主要依靠灰中碱金属离子导电；当温度低于150。C时，以表面导电为主，主要依靠飞灰颗粒吸附的水膜和酸膜导电。如下列图所示，传统静电除尘器的操作温度在130-150。C之间，此时飞灰的比电阻最高，而低低温静电除尘器操作温度只有85。C左右，大幅度降低了飞灰比电阻，使静电除尘器依然能高效收尘。图9飞灰比电阻与烟气温度曲线下面将结合静电除尘效率的经典德意

12、希公式，继续分析低低温静电除尘器高效除尘的机理：其中：为趋进速度，单位m/sA：为总集尘面积，单位m2Q：为气体流量，单位3s从上述公式可以看到，在烟尘入口浓度不变，静电除尘器总集尘面积一样条件下，出口烟尘浓度与趋进速度和体积流量呈指数关系。当烟气温度从150。C降低到85P,烟气体积将减少16%左右，在一样条件下，意味着比集尘面积提高了16%。另一方面，飞灰的趋进速度与煤质、飞灰成分及物理性质、电场特征等因素有关。在燃煤电厂已有的测试说明，烟气温度由150。C降低到85。C左右，飞灰趋进速度可增加70%左右。4.13余热利用排烟热损失是锅炉运行中最重要的一项热损失，占锅炉总输入热量的5-8%

13、,占锅炉总热损失的70-80%,一般排烟温度增加12-15oC,排烟热损失将增加1%,锅炉效率降低1%,煤耗也相应增加。一般电厂为保护尾部烟道、设备不受腐蚀，必须将烟气温度控制在酸露点以上。按照国内常规设计，烟气温度需要在酸露点以上5-10。C左右，因此空预器出口烟气温度通常设定为120T3（C但湿法脱硫工艺中吸收塔中的烟气是为绝热饱和温度（等熔过程），一般这个绝热饱和温度为50。C左右，故进入湿法烟气的温度只要大于此温度即可；通常脱硫入口温度为80左右，由此可见，从120-130到80这个区间的热能白白浪费了。低低温静电除尘技术，在换热器中可以脱除绝大部分S03,使得烟气酸露点大幅度降低，从

14、而可以使电厂回收85。C以上的排烟热损失，给电厂带来节能减排的多重效益。4.14工艺流程图10低低温静电除尘技术工艺流程图低低温静电除尘的工艺流程如上图所示，锅炉燃烧排放的烟气经过空预器，流经布置在烟道内的烟气换热器，烟气余热被换热管内流动的凝结水吸收，烟气温度从128。C降低到85C,捕集烟气中的S03,到达降低飞灰比电阻、脱除S03的双重目的。安装在烟气换热器中的吹灰器根据烟气冷却器压损变化情况自动启动吹灰，保证换热器换热效果及烟气压损。降温后烟气进入静电除尘器，由于烟气温度降低了43,入口烟气体积减少11%,在保存原有静电除尘器入口截面积和总收尘面积不变情况下，比集尘面积增加11%,同时

15、烟尘流速减少，在静电除尘器中停留时间也相应增加，最终静电除尘器收尘效率将由原来的99.68%提高到99.89%,出口含尘浓度降低到15mgNm3以下。从烟气回收的余热可以有多种利用途径，既可以用于烟气再加热，提升脱硫塔出口烟气温度到80。C左右，也可以通过热媒冷却器与锅炉给水、一次风等开展间接换热，还可以直接从锅炉某级低压加热器引出冷凝水，吸收烟气余热后，冷凝水返回下一级低压加热器。通过设置在烟气换热器进口的热水循环泵增压实现热煤水在换热管内的循环流动。热水循环泵入口前可安装热媒膨胀箱，用来缓冲凝结水温度变化，并适时补充新鲜凝结水，当热媒水来自锅炉凝结水时，可不考虑安装膨胀箱。为有效调节低低温

16、系统的正常高效运行，在热水循环泵出口与烟气换热器入口、出口之间分别设置调节阀，用于调节凝结水水入口流量和换热管壁温。4.2湿式静电除尘(WESP)技术静电除尘(ESP)是含尘气体在通过高压电场发生电离的过程中，尘粒荷电，并在电场力的作用下，向集尘极迁移并从气流中分离出来的技术。由于静电力直接作用在粒子上,ESP具有能耗低、气流阻力小的特点，对亚微米级颗粒也能有效捕集，能在高温、腐蚀等环境中工作，因此被广泛应用在钢铁、冶金、电力等领域，在燃煤电厂有超过90%的占有率。但是传统的干法静电除尘(DESP)具有三大局限性：受粉尘比电阻影响、对亚微米颗粒捕集效率降低、在振打清灰时产生二次飞扬，在环保部门收紧火电厂大气污染物排放标准时，超过40%的现役电除尘面临改造。湿式静电除