湿式电除尘器与氨法脱硫协同脱除多种污染物效果研究

高正来，周国山，沈东，潘正琪，周威，信晓颖，李艳

(1.中国联合工程有限公司，杭州 310052；2.华电电力科学研究院有限公司，杭州 310030)

0 引言

氨法烟气脱硫是以氨水为脱硫剂脱除烟气中SO2的脱硫工艺，经过多年的发展和实践，氨法脱硫目前已成为仅次于石灰石-石膏湿法脱硫的脱硫工艺，广泛应用于化工企业。随着环保排放标准的提高，氨法脱硫正以其高效、副产品可资源化、对烟气条件适应性强等优势逐步得到推广应用[1-2]。与石灰石-石膏湿法脱硫技术相比，氨法脱硫技术具有以下优点：(1)反应速率快，脱硫效率高，吸收剂利用率高；(2)煤种适用范围广，对机组负荷变化适应性强；(3)设备少，阻力低，且系统结垢现象少，易于操作和维护；(4)副产物硫酸铵可资源化；(5)对NOx也有一定的脱除作用；(6)脱硫过程不产生废水、废气、废渣，环境效益好[3-6]。同时，氨法脱硫也有一些缺点：(1)脱硫剂氨水价格高，且运输麻烦；(2)设备易腐蚀；(3)有氨逃逸、硫铵气溶胶拖尾现象[7-9]。

图1 NOx质量浓度及脱除效率Fig.1 NOx mass concentration and removal efficiency

图2 烟尘质量浓度及脱除效率Fig.2 Dust mass concentration and removal efficiency

湿式电除尘器(WESP)具有除尘效率高、压力损失小、无二次扬尘、可工作于烟气露点温度以下、结构紧凑而可与其他烟气治理设备相互结合、设计形式多样化等优点，是除去含湿气体中烟尘、气溶胶等污染物的可靠设施[10-11]。杜振[12]等研究表明，燃煤电厂增设WESP可协同脱除粉尘、雾滴、SO3和PM2.5，是实现超低排放的有效装置。蔡晶等研究了氨法脱硫后增设WESP对烟尘排放的影响[13-15]，表明WESP的除尘效率可高达85%。本文通过研究某化肥厂氨法脱硫装置及其配套的WESP对粉尘、NOx、雾滴、SO3和PM2.5等污染物的协同脱除作用，分析其实现超低排放的可行性，为其他类似工程提供借鉴。

1 研究方法

某化工企业130 t/h循环流化床锅炉烟气脱硫采用氨法工艺，烟塔合一技术，并在脱硫塔除雾器出口加WESP，锅炉烟气经过氨法脱硫、WESP净化处理后经塔顶烟囱直排。WESP设置在氨法脱硫塔内，采用立式结构，阳极材料为导电玻璃钢，顶部设置冲洗系统。按超低排放标准设计建设，要求出口SO2排放质量浓度≤35.0 mg/m3，出口烟气总固体排放质量浓度≤5.0 mg/m3，出口烟气氨质量浓度≤3.0 mg/m3。

本文通过对比氨法脱硫吸收塔进出口及WESP出口等几个位置NOx、烟尘、NH3、雾滴、SO3等污染物排放质量浓度的变化趋势，分析了60%(最低稳定运行负荷率)，75%，90%，100%烟气负荷率条件下氨法脱硫及湿式电除尘器对各污染物的协同脱除作用，并根据测试结果进行了必要的补测，文中所用污染物质量浓度均为稳定负荷下连续1 h的平均值。

2 结果分析

2.1 NOx脱除效果分析

在不同试验条件下，NOx质量浓度采用西门子ULTRAMAT 23多组分气体分析仪连续测定，测试结果如图1所示。

由图1可以看出：NOx经过氨法脱硫装置后，排放质量浓度都有一定的降低，脱除效率在32.0%～40.4%之间，入口烟气中最高NOx质量浓度在70.2 mg/m3时，出口NOx排放质量浓度仍可控制在50.0 mg/m3以下，可达到超低排放的要求。但NOx排放质量浓度在湿式电除尘器前后并没有明显变化，由此可见，湿式电除尘器对NOx基本没有脱除作用。

2.2 烟尘脱除效果分析

烟尘浓度测试根据GB 5468—1991《锅炉烟尘测试方法》，采用等速采样过滤计重法测定。此次测试采用SHC-502烟尘采样仪采样测定，测试结果如图2所示。

图4 SO3质量浓度及脱除效率Fig.4 SO3 mass concentration and removal efficiency

由图2可以看出：氨法脱硫装置对烟气中烟尘的脱除效率在27.3%～38.4%之间，证明氨法脱硫装置本身对烟尘具有一定的脱除效率，但氨法脱硫装置出口烟尘质量浓度基本都在20.0 mg/m3以上，不能实现烟尘超低排放。WESP可进一步脱除烟尘，氨法脱硫+WESP对烟尘的协同脱除效率最高可达81.8%，且WESP出口烟尘质量浓度都控制在10.0 mg/m3以下，其中WESP入口烟尘质量浓度控制在20.0 mg/m3以下时，WESP出口烟尘排放质量浓度可低于5.0 mg/m3。因此，如控制WESP出口烟尘质量浓度在20.0 mg/m3以下，可实现烟尘超低排放。

2.3 NH3脱除效果分析

氨逃逸采用DR-650-NH3气体检测仪连续测定，测试结果如图3所示。

图3 NH3质量浓度及脱除效率Fig.3 NH3 mass concentration and removal efficiency

由图3可以看出：氨法脱硫装置出口NH3排放质量浓度在15.8～18.1 mg/m3之间，超出技术协议的要求范围，经过WESP后，NH3脱除效率约50.0%左右，出口NH3排放质量浓度都控制在8.6 mg/m3以下，但仍无法达到技术协议要求的3.0 mg/m3。由此可见，WESP并不能保证氨逃逸达标，氨法脱硫氨逃逸问题仍是个亟待解决的难题。

2.4 SO3脱除效果分析

SO3测试根据GB/T 21508—2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》，采用冷凝采样后滴定法测定，测试结果如图4所示。

由图4可以看出：氨法脱硫装置对烟气中SO3的脱除效果明显，脱除效率在70.0%以上，氨法脱硫装置出口SO3质量浓度可控制在20.0 mg/m3以下。WESP可进一步脱除烟气中的SO3，氨法脱硫+WESP对SO3的协同脱除效率在87.0%～90.0%之间，WESP出口SO3质量浓度可控制在10.0 mg/m3以下，但是相比一些地方标准要求的低于5.0 mg/m3仍有一定差距。

2.5 雾滴脱除效果分析

雾滴测试根据GB/T 21508—2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》，采用采样称重法测定，测试结果如图5所示。

图5 雾滴质量浓度及脱除效率Fig.5 Droplet mass concentration and removal efficiency

由图5可以看出：氨法脱硫装置出口雾滴浓度基本在120.0 mg/m3以上，WESP对雾滴的脱除率基本在80.0%以上，出口雾滴质量浓度基本都控制在30.0 mg/m3以下。与HJ/T 179—2005《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石-石膏湿法脱硫》中规定的出口雾滴质量浓度低于75.0 mg/m3相比，远小于规范值。因此，WESP可有效控制氨法脱硫后的“硫铵雨”现象。

3 结果与讨论

总体来说，氨法脱硫效率较高，脱硫产物可资源化，相比石灰石-石膏湿法脱硫具有一定的优势，但同时易带来硫铵雨、氨逃逸等新的问题，影响其大规模应用。本文通过研究氨法脱硫与WESP对部分污染物的协同脱除作用，分析氨法脱硫+WESP系统不足的地方，希望给下一步烟气消除有色烟羽、控制PM2.5等工作提供参考。综上所述，可得出以下结论：

(1)氨法脱硫装置脱除SO3效果较明显，脱除率基本在70.0%以上，对NOx、烟尘也具有一定的脱除效率，经过氨法脱硫装置后，NOx基本达到超低排放要求。

(2)WESP作为氨法脱硫装置的补充，可有效脱除氨法脱硫装置后的烟尘、SO3及NH3等污染物，并能有效脱除雾滴，能有效控制氨法脱硫后的“硫铵雨”。

(3)WESP入口烟尘质量浓度高于20.0 mg/m3时，无法实现烟尘的超低排放，因此，运行过程中应控制氨法脱硫装置进出口烟尘质量浓度，以达到烟尘超低排放的目标。

(4)WESP对SO3，NH3的脱除效果明显，是后续控制SO3，NH3排放的有效措施，但SO3，NH3排放质量浓度仍高于行业标准，仍需优化氨法脱硫及WESP运行方式，控制WESP入口SO3，NH3质量浓度。