SO3烟气调质系统在清水川电厂的应用

张辉

（陕西清水川能源股份有限公司，陕西榆林 719400）

SO3烟气调质系统在清水川电厂的应用

张辉

（陕西清水川能源股份有限公司，陕西榆林 719400）

以清水川电厂二期工程为例，介绍了烟气调质系统的原理、工艺流程及系统运行特点，比较了增大电除尘器本体尺寸、安装布袋除尘器、调质剂烟气调质、水调制等方法的技术经济性，分析了SO3，NH3，Na2CO3和磷酸等调质剂的特点，最后选用SO3烟气调质系统，取得了理想的除尘效果。

烟气调质系统；低硫煤；调质剂；电阻率；除尘器

0 引言

清水川电厂二期工程规划为2×1 000MW机组，锅炉燃煤全部来自冯家塔煤矿，该煤矿煤质具有高尘、低热、低硫的特点。经过锅炉燃烧后，烟气中粉尘含量较高，电阻率较大。虽然电除尘器设计除尘效率为99%以上，但随着烟气、粉尘性质的变化，除尘器工况的改变，运行时间的影响，除尘效率往往会有所下降。正常情况下，电除尘器实际除尘效率为93%～97%，单纯采用电除尘器技术经济性较差。为了满足国家环保要求，提高电除尘效率，决定在清水川电厂电除尘器前段加设SO3烟气调质系统。

1 系统概况

清水川电厂二期工程每台机组配置2台三室五电场静电除尘器和1套烟气调质系统；2台机组共用1套储硫系统；每台除尘器设有3个进口和3个出口，除尘器进口过剩空气系数为1.33；每个电场设6个灰斗，出灰口法兰标高为5m；除尘器入口断面烟气分布均匀性≤0.2（相对均方根系数），电除尘器本体漏风率小于3%，本体阻力≤300Pa。

SO3烟气调质系统主要由储硫系统、集成式生成器、注入系统及电控系统组成。硫黄储罐即储硫系统，用于将固体硫黄熔化并储存；集成生成器是生成SO3的设备；注入系统由多支喷枪组成，主要用于将集成箱转化生成的SO3气体与热空气混合喷射到烟气中；电控系统主要用于远程控制温度、风量及硫流量。

2 工艺原理及流程

2.1 工艺原理

影响电除尘器效率的因素很多，除设备自身因素外，粉尘及烟气性质对除尘效果有较明显的影响，而粉尘的电阻率是一个主要因素。对电除尘器来说，一定温度下粉尘最易被捕获的电阻率范围为1010～1011Ω·cm，高于或低于这个范围，电除尘器效率都会较设计值有所下降。

烟气调质系统通过喷入调质剂来调整烟气粉尘组分及物理特性，降低粉尘电阻率或改变粉尘的物理化学特性，从而提高电除尘除灰效率。常用调质剂有SO3，NH3，Na2CO3和磷酸等，该工程所选用的调质剂为SO3，在烟气进入电除尘器前，通过喷枪向烟气中喷射SO3与空气的高温混合气体，使SO3与烟气中的水汽迅速结合，在粉尘表面形成一层酸性薄膜，以降低粉尘颗粒的电阻率，提高粉尘颗粒的荷电性能。该系统可通过电控部分自动调整SO3注入量调节粉尘电阻率到适合电除尘器捕获的理想范围，使之易于被电除尘器捕获来提高电除尘器效率，降低出口粉尘的排放质量浓度。

2.2 工艺流程

烟气调质系统的主要工艺流程分为熔硫、燃硫、转化和喷入4个过程。

（1）熔硫就是将固态硫转化为液态硫，该过程主要在硫黄储硫罐内完成。固体硫黄通过加料口加入到储硫罐内，在熔硫区因高温蒸汽的作用由固态变为液态，然后储存在储硫区内。

（2）燃硫、转化这两个过程都在集成箱内完成。燃硫就是液态硫经过管道进入到集成箱的燃硫炉内燃烧生成SO2，转化则是SO2在集成箱转化塔内因氧化剂作用转化成SO3的过程。系统运行的经济性与硫黄的转化率密切相关，采用合适而优质的催化剂且严格控制反应温度，该系统的正常转化率可达到98%以上。

（3）喷入是喷枪系统将转化塔内转化生成的SO3气体与热空气混合气体在电除尘器入口前端均匀地喷射到烟气中，在粉尘表面形成一种酸性包裹膜的过程。喷入系统由多支喷枪组成，每支喷枪上有多个喷嘴，这种设计的目的是将SO3气体与烟气中的粉尘均匀、充分地混合，最大限度地提高调质效果。

3 系统运行特点

3.1 运行安全性

（1）无腐蚀。SO3在一定条件下与水化学反应，很容易形成酸性物质对烟道及设备造成腐蚀。基于这一点，在喷枪处设计有感温元件，实时监控SO3注入温度，当注入温度接近酸的露点温度时，系统停止喷射，此时不具备化学反应条件，也就不会形成酸性物质。通常情况下，SO3的注入温度远高于酸的露点。另外，系统还设置有空气吹扫阀，在停机后开启吹扫管路及转化器等设备，清除残留SO3气体。实践证明，应用SO3烟气调质系统不会对烟道、除尘器及下游设备产生腐蚀。

（2）无逃逸。正常情况下，电除尘器本体漏风率＜3%且注入的SO3量很少，通常典型注入率为0.01‰～0.02‰。在集成箱采用合适而优质的催化剂且严格控制反应温度，SO3正常转化率将大于98.0%，且99.5%以上的SO3被粉尘吸附收集。只有＜2.5mg／m3的硫化物气体通过电除尘器后经烟囱逃逸到大气中，这相对于燃煤自身产生的SO2来说可忽略不计，排放物不会增加对大气的污染。

（3）对灰质无影响。由于系统注入的SO3质量浓度很低，经测试，调质前后煤灰成分基本不变，不影响灰质。

（4）对设备、人身安全几乎没有影响。系统采用电控系统，可远程操作。除向储硫罐内添加硫黄外，其他过程都可全自动在线远程操作。两套烟气调质系统燃硫量为240 kg／h，一次添加可满足2台机组满负荷运行10 d以上的硫黄供应，这样就可最大限度地避免与有害物质接触，保证设备及人身安全。

3.2 应用经济性与可靠性

（1）投资少、适应性强。电除尘器最初是针对高硫煤设计的，在燃用高硫煤时有较好的除尘效果，对低硫煤或多煤种燃煤结构，其除尘效果就不够理想。在不改变电除尘器设计规格的前提下，配套调质设备在提高除尘效果的同时，大大减少了投资，且适应煤质多变情况。

（2）运行费用低。SO3烟气调质系统是以硫黄为原料，原料易于获取且价格便宜。按照上文提到的出力计算，2台1 000MW机组每年消耗硫黄约2075 t，当前硫黄价格约为1000元／t，每台机组年运行费用约100万元。

（3）节能。SO3烟气调质系统降低了粉尘电阻率，可消除反电晕现象，因而电除尘器还可同比降低15%左右的电耗。

（4）运行可靠性。烟气调质系统设备独立、操作灵活，可全自动按排放浊度控制投用与否及注入率大小。整个过程不受人为因素影响，系统运行安全、可靠、稳定。

3.3 系统的远程智能控制

在全自动模式下，系统可根据给煤量、烟气、粉尘的性质变化信号自动调节风量、硫流量及转化塔进口温度。为严格控制SO3的转化率，同时考虑硫黄易燃特点、SO3的腐蚀性以及硫氧化物对人体和设备的危害，系统设计有温度及其他多个信号联锁的保护装置。整套系统由可编程控制器（PLC）控制，操作人员可在控制室对系统进行远程监控、操作。

4 技术经济比较

4.1 增大电除尘器本体尺寸

通过增大电除尘器本体尺寸以增大集尘面积来达到除灰效果，对燃烧高硫煤的机组而言有一定效果，但对燃烧低硫煤的机组来说，粉尘电阻率较高，仅靠增大电除尘器本体尺寸效果并不明显，而且投资高、占地面积大、施工难度大。

4.2 安装布袋除尘器

安装布袋除尘器是用布袋除尘器代替电除尘器，或在原有的电除尘器下游加装布袋除尘器来除尘的一种方式。这种方法效果虽然明显，但投资高、施工难度大，后期运行维护费用高，而且布袋除尘器的使用寿命常受到烟气、粉尘性质变化的影响，一般情况下为3～4年。更换时由于烟气温度较高、粉尘含量较大等，往往需要停机，对机组的正常运行有一定影响。

4.3 调质剂烟气调质系统

调质剂烟气调质系统的特点是投资小、效果好、运行维护费用相对较低（特别是在已投运电除尘的机组），可远程智能控制。该方法能很好地解决高电阻率粉尘对电除尘器功效的影响，可有效降低粉尘排放。

4.4 水调质

水调质系统适合高温烟气，主要应用于水泥行业大型干法窑（320～350℃）。干法窑尾部都配有增湿塔，其主要功效是降温和增湿。当烟气通过增湿塔时，在双流体喷雾的作用下，烟气的温度下降，湿度增加，使粉尘的电阻率降低到电除尘器易于捕获的范围，从而达到除尘目的。水调质系统也曾经在火电厂试用，但由于燃煤锅炉烟气温度一般在100～200℃之间，没有降温空间，容易造成湿底使烟道堵塞，不能长期、可靠运行，最终没能得到推广。

5 调质剂的选择

综上所述，调质剂调质具有其他调质系统不可比拟的优点，而调质剂选用的恰当与否是影响系统运行稳定性及经济性的一个重要因素。

（1）SO3调质是燃煤锅炉应用最广泛、最成熟可靠的技术，可提高粉尘表面导电性，降低粉尘电阻率。

（2）NH3调质机制。向烟气中注入NH3，NH3与烟气中的SO3发生化学反应生成黏稠状的硫酸氢氨，促进细微粉尘凝聚，减少振打二次飞扬，提高除尘效率。但对于低硫煤而言，其燃烧产生的硫氧化物有限，化学反应不充分，对除尘效果可能有一定影响。另外，NH3调质并不能降低粉尘电阻率。

（3）SO3和NH3双重调质。NH3与酸发生化学反应后降低了烟气的酸度，减少腐蚀的同时提高了粉尘对SO3的吸附性，此种调质方式可降低SO3注入量。但注入量及二者的比例很难把握，实际操作难度较大，目前只有少数国家采用。

（4）Na2CO3调质。Na2CO3受热分解成Na2O，可提高离子导电性，增强粉尘活性，但运行费较高。

6 结束语

经过上述分析，最终选定了SO3烟气调质系统。经测定，在SO3烟气调质系统投运前电除尘入口的粉尘平均质量浓度为41.54 g／m3，远高于国家50.00mg／m3要求。调质系统投运后，烟尘排放质量浓度为49.85mg／m3，符合国家新的环保要求，且除尘效率达到99.88%。该系统的测试数据再次证实，SO3烟气调质系统在技术、经济上可行，能有效解决电除尘器效率下降的问题，除尘效果显著。

［1］蒋亚彬，腾农，王强，等.SO3烟气调质试验研究［J］.电力环境保护，2003，19（9）：27-30.

［2］原永涛，奇立强.燃煤飞灰介电特性研究［J］.热能动力工程，2006，21（1）：58-61.

［3］原永涛，奇立强，张栾英，等.电厂除尘器的改造方案［J］.动力工程，2008，28（2）：270-274.

（本文责编：白银雷）

X 701

：B

：1674-1951（2015）01-0073-03

张辉（1983—），男，陕西武功人，工程师，从事工程管理方面的工作（E-mail：zt19tbzx＠163.com）。

2014-06-26；

2014-08-30