湿式电除尘对PM2.5 SO3酸雾脱除特性的试验研究.docx

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1、湿式电除尘对PM2. 5 S03酸雾脱除特性的试验研究摘要：采用实际燃煤烟气试验系统,测试分析了湿式电除尘器进口粉尘和S03酸雾的粒度分布,考察了电压、烟温和入口浓度等对湿式电除尘器脱除PM2. 5和S03酸雾性能的影响.结果表明，湿式电除尘器进口粉尘和S03酸雾均以亚微米颗粒为主;提高湿式电除尘器电压后不同粒径脱除效率的增幅各不相同。湿式电除尘器对于PM2. 5的脱除仍然以较大颗粒为主,相同条件下降低烟温有利于颗粒通过水汽相变和凝并作用而长大;湿式电除尘器对S03酸雾的脱除效率总体上在30%60%之间；烟气中存在S03酸雾可增强湿式电除尘对细颗粒的脱除效果.关键词：PM2.5;S03酸雾;湿

2、式电除尘器;脱除；燃煤电厂运行过程中会产生大量大气污染物，PM2. 5与S03酸雾是其中的重要组成部分.PM2.5比表面积大，易富集各种重金属及有害物质，对自然环境与人体都有直接或间接的危害；同时，烟气中也会含有少量S03酸雾，不仅会造成设备、安装湿式电除尘器是近年来满足超低排放要求而采用的有效改造措施，烟气流经湿式电除尘器后颗粒物浓度能控制在10mg/m3甚至5mg/m3内.国内外学者已经开展了相关研究，diNatale等7和Bologa等8研究了湿式电除尘器采用模拟烟气时对细颗粒和超细颗粒的去除效果，发现颗粒的去除效率最高能达到90%以上.D，Addio等9研究了荷电雾滴与颗粒受力的关系，

3、发现镜像力对颗粒受力的影响很小.李林等10和孟凡腾11研究了荷电水雾对细颗粒物脱除的促进作用，发现水雾荷电后能促进颗粒之间的团聚，对于10 um以下颗粒物除尘效率的提高尤其明显.Dey等12研究了湿式电除尘对纳米粒子的脱除，发现湿式电除尘对80400nm粒子的脱除效率大于70%,但对2080nm粒子的脱除效率很低.燃煤电厂运行产生的烟气中含有少量S03,其中SCR脱硝装置能将烟气中部分S02氧化为S03E13.S03可与烟气中水汽结合形成H2S04蒸气，当烟气冷却（如进入WFGD系统）时，在均质成核及以烟气中细颗粒为凝结核的异质成核作用下形成亚微米至微米级1.1 试验系统燃煤试验系统平台由全自

4、动燃煤锅炉、缓冲罐、干式电除尘器、湿法脱硫系统、烟气余热回收装置、湿式电除尘器和测试控制系统等组成，如图1所示.放空全自动色媒做炉士三图1燃煤试验系统示意图额定烟气量为350m3/h,缓冲罐内安装搅拌风扇和电加热管，用于保证烟尘浓度分布基本稳定及调节烟气温度,烟气由干式电除尘器脱除大部分粗颗粒物后进入脱硫塔,脱硫塔后设有烟气余热回收装置，可以通过改变冷却介质的流量来改变图2S03发生装置由S02钢瓶气提供S02,通过质量流量计和转子流量计分别精确控制S02和空气的流量，从而精确控制S03的生成量,反应炉前端配有电加热器，用于对大流量的反应物进行预热处理.反应炉为三段式加热结构，催化剂采用S10

5、1型钢触媒.反应炉前后均采用保温带进行保温.S03发生装置的S02氧化率可达90%以上.生成的S03气体在脱硫塔前加入烟气，在脱硫塔的高湿环境下，气态S03与水蒸气结合形成H2S04蒸汽并同时被冷凝成S03酸雾.1.2 采样分析方法在湿式电除尘器的进出口布置采样点.采用PM2. 5/10采样器采集脱硫净烟气颗粒物，然后进行SEM, XRD分析，采样时长为3h,并设置平行样，对采样器加热并将温度保持在120.采用电称低压冲击器(ELPI)实时在线测量细颗粒物浓度与粒径分布，测量粒径范围为0.0239.314 um;启动真空泵，烟气依次进入采为了便于探究湿式电除尘器进口颗粒物物性特征，对脱硫净烟气

6、中颗粒物进行了物相分析，结果如图3所示.一数浓度一数浓度累积分布10-110Z)p/p,m(a)数浓度分布000 o o o1 9 8 7 6一质量浓度一一质域浓度累积分布10-110%/pun(b)质量浓度分布OOOOOO1 8 6 4 2 0 1- - - - - - O120100号 80台 6040p号20010-2图4湿式电除尘器进口颗粒物分布特性图4(a)为湿式电除尘器进口颗粒物数浓度分布和数浓度累积分布.图中，N为数浓度，M为质量浓度，DP为颗粒粒径.由图可知，从数浓度角度看，在ELPI测量范围内，颗粒物以亚微米颗粒物为主，集中分布在0.030.40um.图4(b)为湿式电除尘器

7、进口细颗粒物质量浓度粒径分布和质量浓度累积分布，由图可知，从质量浓度角度看，在ELPI测量范围内，亚微米颗粒物所占比例很少.由数浓度和质量浓度累积分布图可知，n(PM2. 5)/n(PM10)99%,m(PM2. 5)/m(PM10)49%,即PM2. 5在数量上占的比例远大于质量，因此研究PM2. 5的数浓度更具有实际意义.2. 2湿式电除尘器电压对细颗粒脱除效果的影响电压是电除尘器的重要运行参数，它主要通过影响空间电场强度和空间电荷密度来影响电除尘器的除尘性能.图5为不同电压下湿式电除尘器的分级脱除效率，进口质量浓度约为55mg/m3,数浓度约为6. 5义106/cm3,停留时间3s,冲洗

8、水间歇喷淋.100图5湿式电除尘器颗粒分级脱除效率与电压的关系由图可知，湿式电除尘器分级脱除效率曲线基本呈V形分布，在Slum处脱除效率最低，粒径大于In m的分级脱除效率基本稳定在90%以上.电压增加，各个粒径段颗粒的脱除效率都随之增加，但增幅不同.当电压由40kV增加到60kV时，0. 1 um的颗粒脱除效率增加约40%, 0. 03 u m的颗粒脱除效率增加约15%,而粒径大于1 um的颗粒脱除效率仅增加了不到10%.通常认为，当颗粒直径大于lum时; 颗粒荷电以场荷电为主；当颗粒直径小于Slum时，颗粒荷电以扩散荷电为主；当颗粒直径介于二者之间时，2种荷电机制和荷电效果均较弱，直接导致

9、这一区段脱除效率不高，这一粒径段也被称为格林菲尔德区(Green fieldgap) 18.由于扩散荷电具有不规则性，当单位荷电量低于大颗粒场荷电的荷电量时，亚微米颗粒脱除效率总体上低于微米级颗粒物的脱除效率.增加电压后，微米级颗粒物受饱和荷电量的限制，荷电量增加很少，而亚微米级颗粒物由于扩散荷电不存在饱和荷电量的限制，荷电量有较大增加，表现为亚微米级颗粒脱除效率比微米级颗粒脱除效率增加得多.表1为湿式电除尘器在不同电压下对应的怵AVPM”瞅觞率/% 源獭率/%S mimil4062.2091.2262.2091.855081.3493.848U494.756090.9997.4290.999

10、7.73表1湿式电除尘器在不同电压下PM2.5,PM10脱除效率PM2.5,PM10的脱除效率.由表可知，对于数量脱除效率，PM2.5与PM10表现一致，可见经过湿式电除尘器后PM2. 5中的细颗粒物在数量上仍然占绝对优势;PM2. 5与PM10在相同电压条件下的数量脱除效率均低于质量脱除效率，可见湿式电除尘器对于PM2. 5的脱除仍然以较大颗粒为主.2. 3湿式电除尘器进口烟气温度对细颗粒脱除效果的影响湿式电除尘器进口烟气温度对细颗粒物的捕集也有重要影响,试验考察了在电压均为50kV时，湿式电除尘器进口烟温分别为45, 50, 55和60C时的颗粒物分级脱除效率，烟温选取的范围符合工业实际情

11、况.通过改变脱硫塔后烟气余热回收装置的冷却水流量来调节进口烟气温度.余热回收装置不通过冷却水冷却时进口烟温为55,通入冷却水并调节其流量可使得进口烟温下降到45,通过增加锅炉送煤量可以使湿式电除尘器进口烟温达到60工况.力出m图6湿式电除尘器颗粒分级脱除效率与进口烟温的关系图6为湿式电除尘器颗粒分级脱除效率与进口烟温的关系图.由图可知，对于亚微米颗粒，降低烟温能有效提高对细颗粒的脱除效率，最高提升幅度接近20%,集中在0.1 um粒径处;对于微米级颗粒，烟温对脱除效率的影响不明显,相同电压下降低进口烟温有利于提高对细颗粒脱除效率，可能原因为：脱硫净烟气在60C时已经接近饱和，通过换热装置降温后

12、达到过饱和，烟气中水汽在细颗粒物表面发生相变并凝结长大，提高了单个颗粒物的直径19;凝结水滴同时粘附在2个细颗粒表面，由于液桥力的作用，这2个细颗粒相互凝并结合而变大20.由试验结果可知，过饱和引起的水汽相变、凝并作用对于亚微米颗粒的长大效果更明显.2. 4湿式电除尘器进口烟气中S03酸雾粒度分布特性采用自制S03发生装置并结合湿法脱硫塔产生的S03酸雾进行冷态试验.在脱硫塔前添加S03,采用ELP1测试了湿式电除尘器进口烟气中S03酸雾的数量浓度及粒径分布，如图7所示.图7湿式电除尘器进口酸雾数浓度粒径分布由图可见，S03酸雾主要集中在亚微米粒径范围内，同时又以小于0. 1 um的细雾滴居多

13、.由于烟气温度在酸露点以下，S03以硫酸液滴的形式存在，主要是气态H2S04通过均质成核的作用形成，粒径主要集中在亚微米级S03发生装置产生的气态S03温度约为540C,通过脱硫塔后，由于脱硫塔内湿度较高和气温在酸露点以下，S03先与塔内水汽结合形成硫酸蒸汽及硫酸水合物21,硫酸蒸汽及硫酸水合物又会迅速凝结形成硫酸雾滴，此过程中有如下反应22：SO3+H2O-H2SO4H2SO4+H2OH2SO4-H2OH2SO4-H2O + H2OH2SO4-2H2OH2SO4 H2O + H2OH2SO4 - (n + l)H2O(1)2. 5湿式电除尘器对S03酸雾的脱除特性利用实际燃煤试验平台，测试了

14、湿式电除尘器对S03酸雾的脱除特性,调节S03发生装置中S02和02的进气量，获得湿式电除尘器进口不同的S03浓度.图8为不同电压下湿式电除尘器对S03酸雾脱除效率的测试结果.65图8湿式电除尘器对S03酸雾的脱除效率可见，湿式电除尘器对S03酸雾的脱除效率总体上不高，维持在30%60%之间,提高电压和入口 S03酸雾浓度均有利于提高酸雾脱除效率.由于S03酸雾在湿式电除尘器中主要以亚微米甚至小于0. 1 Hm的细小雾滴形式存在，只有少部分与粉尘颗粒物结合，故湿式电除尘器对S03酸雾的脱除效率总体上不高.2. 6S03酸雾对湿式电除尘器脱除PM2. 5的作用利用实际燃煤试验平台，测试了 S03

15、酸雾促进湿式电除尘器脱除PM2. 5的性能.维持电压为50kV,烟气中添加S03后湿式电除尘器进口 S03酸雾浓度分别为18. 8, 36. 3 和 52. 7mg/m3.图9添加S03前后湿式电除尘器颗粒分级脱除效率图9为添加S03前、后湿式电除尘器颗粒分级脱除效率.可见，添加S03酸雾促进PM2. 5的脱除效果因粒径不同存在差异，对亚微米颗粒，添加SO3酸雾分级脱除效率的增幅最高可达10%;对微米级颗粒，添加S03酸雾分级脱除效率的增幅最高约为3% SO3浓度越高，颗粒的分级脱除效率越高.烟气中添加SO3后存在颗粒表面SO3酸雾的沉积现象，SO3酸雾因其本身粒径较小，沉积在颗粒物表面后对颗粒物粒径影响很小，但能有效降低颗粒表面比电阻,使得颗粒更容易荷电，提高了颗粒的