燃煤电厂湿法脱硫协同除尘效果及颗粒物排放特征研究

赵 琳，刘含笑，郭 滢，方小伟，王志华，冯国华，颜士娟

(1.浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800；2.天津大港发电厂，天津 300270)

近几年来，燃煤电厂烟气超低排放呼声愈演愈烈。江苏、浙江、山西等地方政府纷纷出台燃煤电厂超低排放要求，在国家层面陆续出台了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》、《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》等，要求全国范围实施超低排放。以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术是实现燃煤电厂烟气超低排放的主要技术路线之一，该技术路线要求湿法烟气脱硫(Wet Flue Gas Desulfurization，简称WFGD)协同除尘效率在70%以上。对WFGD除尘效果及出口烟尘浓度关系进行探讨，表明低低温可有效提高WFGD协同除尘效果[1-6]。国内脱硫厂家也认为，ESP出口粉尘平均粒径增大可有效提高WFGD协同除尘效果，但目前尚缺乏有力的试验数据及理论支撑。

1 WFGD协同除尘效果

1.1 应用现状

国外(主要是日本)配套低低温电除尘技术的电厂湿法脱硫的协同除尘效率达70%～90%[2-3]，颗粒物(可过滤)排放浓度一般小于5 mg/m3。日本部分典型工程案例的实测数据如图1所示。

以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术已成为我国燃煤电厂实现超低排放的主流技术路线之一。据中电联不完全统计，截至2016年12月，燃煤电厂低低温电除尘器装机容量约0.85亿kW，占全国燃煤装机容量的9.0%，并且已在多台1 000 MW机组实现工程应用。文献调研数据显示，国内采用低低温电除尘技术+湿法脱硫技术的机组后，WFGD的协同除尘效率可达60%～70%，个别机组在60%以下，WFGD的烟尘排放质量百分比为3.5～8.0 mg/m3。国内部分典型工程案例的实测数据如图2所示。

图1 日本部分典型工程案例

图2 中国部分典型工程案例

造成国内外WFGD协同除尘效率不同的原因有很多，一般入口烟尘浓度较高时，协同除尘效率较高。日本燃煤电厂总体煤质较好，一般灰分<15%，硫分在0.7%～1.0%，热值也较高。我国与日本的燃煤电厂在装备设计、制造、运行、维护及管理等方面均有一定差异；此外，测试设备及方法等对测试结果也有一定的影响。

1.2 现场实测

测试仪器选用大流量滤筒采样，可加热至160℃，3 012 H 型自动烟尘测试仪，如图3所示。测试方法参照ISO 12141—2002。在采样前后对滤筒进行恒重和称重处理，并开展空白样品试验(用0.01 mg电子天平进行样品称重)。

图3 大流量自动烟尘采样仪

下面分别对浙江A电厂一期1号炉1 000 MW机组和B电厂四期8号炉660 MW机组开展现场实测。两个电厂均配置低低温电除尘器，测试位置为在低低温电除尘器出口和湿法脱硫出口烟道，在满负荷的运行条件下，用粉尘自动等速取样仪进行网格法取样，取样过程中记录取样烟气体积、烟气温度、压力和大气压，滤筒取样器的空重和取样后的实重。

测试结果如图4所示。A电厂一期1号炉1 000 MW机组电除尘器入口烟气温度为95℃时，WFGD的平均协同除尘效率为49.17%。B电厂四期8号炉660 MW机组烟气冷却器投运前后，湿法脱硫的协同除尘效率分别为30.96%、32.61%，烟冷器投运后WFGD协同除尘效率略有提高。

图4 测试结果

2 WFGD颗粒物排放特征

燃煤排放的烟气中颗粒物有可过滤颗粒物、可凝结颗粒物(主要是SO3)和可溶解颗粒物(或称可溶盐)这三类。排放标准规定的排放限值主要指手工滤筒(或滤膜)取样称重测定的可过滤颗粒物，对可凝结颗粒物和可溶解颗粒物并无考核。

2.1 可过滤颗粒物

通过对湿法脱硫的可过滤颗粒物排放特征进行调研和实测，得到WFGD可过滤颗粒物排放数据汇总如图5所示。对部分机组的PM2.5、总尘(TSP)浓度进行统计，如图6所示。总的来说，湿法脱硫出口烟尘中PM2.5占总尘的比例最低，比常规电除尘器和湿式电除尘器都要低。这是由于电除尘器对粒径较大的颗粒物有更好的去除效果，因此出口烟尘中PM2.5有较高的比例；但烟气通过脱硫塔时，有可能携带一部分石灰石/石膏浆液，这些浆液形成的颗粒物粒径相对较大，因此PM2.5占的比例相应减小；在烟气通过湿式电除尘器时，由于大粒径颗粒物更高的去除效率，因此PM2.5的比例再次增加。

图5 WFGD可过滤颗粒物排放数据汇总

图6 各污染物设备出口PM2.5-TSP排放特征

值得注意的是，日立公司曾对常规电除尘器与低低温电除尘器的出口烟尘粒径、出口烟尘浓度以及WFGD出口颗粒物浓度关系进行了研究[7]。结果表明：常规电除尘器出口烟尘平均粒径一般为1～2.5 μm，低低温电除尘器出口烟尘平均粒径大于3 μm，低低温电除尘器出口烟尘平均粒径明显大于常规电除尘器；当采用低低温电除尘器时，WFGD出口颗粒物浓度明显降低。

2.2 可凝结颗粒物

可凝结颗粒物主要是指SO3，燃煤电厂烟气中的SO3主要来自煤燃烧中的硫分，其与燃料成分、锅炉燃烧方式、机组运行参数、SCR脱硝催化剂种类等均有关系。一般来讲，常规的电除尘器、湿法脱硫装置对SO3脱除效率有限。国内相关研究表明，单塔WFGD对SO3脱除效率一般在30%～40%，双塔WFGD对SO3脱除效率一般在50%～65%[6]。对于布置低低温的电除尘系统，根据国外的研究表明，SO3去除率一般在80%以上，最高可达90%以上。统计国内外配套低低温的电除尘系统对SO3去除率如图7所示[8-19]。

图7 低低温电除尘系统对SO3脱除率及WFGD出口SO3排放数据汇总

低低温电除尘系统可实现较高的SO3脱除率，与国外相比，国内低低温电除尘系统SO3脱除率还有一定差距，一方面是本身技术上还有待提升，另一方面是由于国内SO3测试技术不完善、标准不合理等原因，导致测试误差较大。

2.3 可溶解颗粒物

图8 硫酸钙及氯化钙在水中的溶解度

文献[20]曾对3种不同类型的湿法脱硫进行现场实测。研究表明：石灰石-石膏湿法脱硫系统出口的溶解结颗粒物大于可过滤颗粒物；NaOH法鉴于水膜除尘性能低，导致可过滤颗粒物最大，大于可溶解颗粒物浓度；镁法脱硫出口的可过滤颗粒物和可溶解颗粒物浓度相当。

3 结语

当前排放标准规定的排放限值主要指手工滤筒(或滤膜)取样称重测定的可过滤颗粒物，对可凝结颗粒物和可溶解颗粒物并无考核。当配置低低温电除尘器时，国内外WFGD的协同除尘效率达到70%以上的，但确实存在部分机组除尘效率偏低的情况。若能提高这些机组WFGD的协同除尘效率，出口颗粒物浓度将有较大的下降空间。因此，后续对WFGD协同除尘效率的影响因素及相应提效措施的研究是十分必要的。

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