燃煤电厂超低排放PM2.5污染物控制方案

3燃煤电厂SO3的成因和特点

燃煤在锅炉燃烧中煤中的硫通过燃烧氧化成SO2，但是有近1%的SO2会进一步氧化成SO3，这是炉内燃烧所形成的SO3；在炉后装有SCR（V-Ti系列催化剂）脱硝装置，则在催化剂的作用下，又有1-2%的SO2转化成SO3，致使燃煤锅炉排放烟气中有2-3%的煤中含硫量转化为SO3，当气相态的SO3进入后续的湿法脱硫装置（FGD），通过FGD吸收塔喷淋后，气相的SO3和水结合形成硫酸（H2SO4）雾，这就是常称为SO3酸雾（SO3mist）；这种SO3mist是一种超细的粉末，其直径D50通常为0.08um（微米）。

假定燃煤的含硫量为1-3%，其燃烧后产生的烟气中SO2浓度为：2000-6000mg/Nm3，则其SO3浓度为将为40-180mg/Nm3。如将SO3按总的粉尘量计入，则超低排放粉尘5mg/Nm3标准，不脱除SO3无法满足排放要求。对燃煤电厂现有的烟气处理装置无法去除含SO3雾滴的可冷凝颗粒物，导致现有电厂的单位燃料PM2.5排放因子远高于欧美和日本、加拿大的排放水平。

4燃煤电厂SO3的控制方案

4.1低低温静电除尘技术

低低温静电除尘技术是对传统静电除尘技术的革新，其实质是在干式电除尘器（DESP）之前对烟气进行冷却处理，将DESP的运行温度由130-150℃降低到85-90℃左右。与传统的烟气治理技术相比，低低温静电除尘技术具有如下特征：

4.1.1脱除SO3

1）SO3生成转化机制

烟气中SO3主要来自两个部分：在锅炉燃烧过程中，煤中的硫大部分转化成SO2，约有1%的SO2将继续氧化成SO3；在安装了SCR设备后，SCR催化剂能在还原NOx的同时，将1-3%的SO2氧化成SO3。

烟气在进入空预器之前，SO2到SO3的氧化反应已经完成。在空预器及其后烟气净化设施中，烟气温度从300℃降低到150℃或更低，SO3将经历从蒸汽相到液相或固相的转变，存在硫酸（蒸汽）、硫酸（液相）、硫酸盐（固相）等多种形式。

一般认为，锅炉尾部烟气温度低于400℉（204℃）时，几乎全部SO3蒸汽将变成硫酸蒸汽。烟气中硫酸蒸汽的凝结温度即为酸露点，当烟气温度降低到酸露点以下，硫酸蒸汽将冷凝成液态。当冷凝在烟气中发生，称为均相冷凝；当冷凝在飞灰颗粒或金属壁面等气-固表面时发生，称为非均相冷凝。一般将饱和度S定义为硫酸蒸汽分压和同温度下饱和硫酸蒸汽分压之比。

当S>1称为过饱和，S<1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℃左右的浆液液滴表面处，产生急冷效果，在20um厚度的液滴边界层内，温度降将超过70-80℃，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0.3-0.5um。

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，如下图所示，它为SO3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℃降低85℃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SO3率可达到95%以上。另一方面，飞灰表面吸收了SO3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SO3原理图

图4烟气控制系统不同温度下SO3的脱除情况

图5美国某电厂进行的传统烟气处理系统和先进低低温系统现场测试结果

2014年，博奇的低低温静电除尘技术在广东平海电厂1#机组（1000MW）上获得成功应用，SO3排放浓度<1ppm(3.57mg/Nm3),烟尘排放浓<10mg/Nm3。

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