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燃煤电厂湿法脱硫是治霾功臣 全面认识湿法脱硫

北极星环保网来源:中国能源报 朱法华2017/9/13 10:01:46我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:湿法脱硫 燃煤电厂 超低排放

依据美国环保署的定义,可凝结颗粒物是指在烟道温度状况下为气态,离开烟道后在环境状况下降温数秒内凝结成为液态或固态,此类物质通常以凝结核的形式存在,空气动力学直径小于1微米。燃煤电厂湿烟气中可凝结颗粒物主要是气雾状的三氧化硫等。

湿烟气中的液态水是指在烟道温度状况下呈液态形式存在的水,其中会溶解部分盐,排入大气中蒸发后,溶解的盐即形成PM2.5。

湿烟气中的气态水是指在烟道温度状况下呈气态形式存在的水,俗称水蒸气,气态水中基本不含任何污染物,对PM2.5无贡献。

毋庸置疑,湿法脱硫极大地减少了烟气中二氧化硫及可过滤颗粒物的排放,但三氧化硫及液态水中的可溶盐排放会增加大气中的PM2.5,因为三氧化硫排入大气中会与碱性组分反应生成硫酸盐。

湿法脱硫可减少烟气中的可过滤颗粒物

湿法脱硫塔内有多层喷淋层,类似于下大暴雨,正常情况下会将烟气中的颗粒物淋洗下来。湿法脱硫对烟气中烟尘(可过滤颗粒物)的去除效率与颗粒物的初始浓度和粒径、脱硫系统的液气比、流场均匀性、烟气流速、除雾器的除雾效果等许多因素有关。

日本电厂的测试结果表明,湿法脱硫对烟气中可过滤颗粒物的去除效率一般在70%-80%。我国早期的湿法脱硫工程,由于脱硫效率较低,测试结果表明湿法脱硫对可过滤颗粒物的脱除效率一般在50%左右,新建电厂环评报告编制过程中湿法脱硫对烟尘的去除效果均是按50%进行计算的。

对于少数除雾器效果较差、“石膏雨”现象严重的电厂,甚至出现脱硫后可过滤颗粒物浓度增加的现象,这些电厂排放烟气中的雾滴浓度均不满足2005年颁布的国家环保标准《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰-石膏法》的要求。但不能以个别早期不满足环保标准要求的电厂,烟气脱硫后可过滤颗粒物或PM2.5质量浓度稍有增加的案例来否定湿法脱硫对可过滤颗粒物的脱除效果。

2014年以后,随着超低排放的大力推进,燃煤电厂湿法脱硫工程的脱硫效率及除雾器的除雾效率均大幅提高。大量电厂的测试结果表明,湿法脱硫对可过滤颗粒物的脱除效率与日本燃煤电厂的测试结果相近,在70%-80%,甚至更高。

湿法脱硫排放的可溶性盐

湿法脱硫排放的可溶性盐可以分为二部分,一部分是烟气中的三氧化硫排入大气中形成的盐,另一部分是液态水中溶解的盐。

1.湿法脱硫减少了三氧化硫排放形成的PM2.5

不管是干法脱硫还是湿法脱硫,排放烟气中均存在三氧化硫,排入大气中会形成盐,其颗粒粒径小于2.5微米(PM2.5)。需要明确的是,湿法脱硫本身不产生三氧化硫,相反可以协同脱除部分三氧化硫,即湿法脱硫对减少烟气中三氧化硫排放形成的PM2.5是有贡献的。

根据国内近百台燃煤机组的实测结果,湿法脱硫对烟气中三氧化硫的脱除效率在20%-90%之间,超低排放机组一般在70%以上,脱除效率与脱硫塔的形式有关,复合塔的脱除效率明显高于空塔。实现超低排放的机组多采用复合塔脱硫技术,超低排放机组烟气中三氧化硫测试结果的平均值8.86毫克每立方米,其中加装湿式电除尘器的20台机组平均值6.6毫克每立方米。实现超低排放之前,烟气中三氧化硫的排放浓度平均不超过30毫克每立方米。

2016年煤电机组容量8.98亿千瓦,湿法脱硫机组容量8.76亿千瓦(含海水脱硫、氨法脱硫等),年平均利用小时取4500小时,可以算出所有湿法脱硫煤电机组没有超低之前,年排放三氧化硫约36万吨,全部折算成硫酸铵约为59.4万吨;全部实现超低排放后,年排放三氧化硫约10.6万吨,全部折算成硫酸铵约为17.5万吨

根据国内现有工程的测试结果,超低排放条件下湿法脱硫协同脱除三氧化硫的效率一般在70%以上,高于干法脱硫的56.6%(介于48.5%-64.2%)。

2.液态水排放携带的可溶盐量很小

(1)湿烟气中的液态水含量

湿法脱硫过程中会产生液滴随烟气上升,为减少这些液滴排放,湿法脱硫系统中均设有除雾器,除雾器后的湿烟气中仍会含有液态水,环保标准中称之为雾滴。雾滴浓度与除雾器的除雾效果密切相关,2005年颁布实施的环保标准《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰-石膏法》中规定:在正常运行工况下,烟气中的雾滴浓度应低于75毫克每立方米。2017年颁布实施的环保标准《火电厂污染防治可行技术指南》中要求超低排放烟气中雾滴浓度低于25毫克每立方米。

雾滴浓度不是指烟气中实际排放的液态水浓度或液滴浓度,而是指折算到相应湿法脱硫浆液中镁离子浓度条件下,标准状态干烟气中的雾滴总质量浓度,包括雾滴中的液态水及其溶解的盐。

据国电环境保护研究院近三年对燃煤电厂烟气中的雾滴监测结果,26台超低排放机组排放烟气中雾滴浓度介于1.1-19.7毫克每立方米,平均6.6毫克每立方米;其中10台超低排放机组,湿法脱硫后湿式电除尘器前烟气中雾滴浓度介于4.0-43.4毫克每立方米,平均16.8毫克每立方米。未实现超低排放但达标排放的9台机组,湿法脱硫出口烟气中雾滴浓度介于10.5-71.4毫克每立方米,平均38.5毫克每立方米。由此可见,规范建设、运行的湿法脱硫装置,其排放烟气中的雾滴浓度均是满足环保标准要求的。

(2)液态水携带的可溶盐

除雾器后烟气中的液态水溶液,包括湿法脱硫过程中形成的随烟气上升的液滴、除雾器冲洗水形成的液滴、烟气中气态水冷凝形成的液滴、以及烟气中的三氧化硫与二氧化硫等气态物质部分溶入液态水中。

湿烟气液态水中可溶盐含量的测定,目前尚无标准测试方法,国内外的测试结果均很少。根据上海3台超低排放机组烟囱液(顺着烟囱内壁流下的烟气中的液态水)中离子组份的测定,发现烟囱液中离子组分与脱硫浆液、脱硫废水的成分有很大的差异,烟囱液的pH值低至2左右,成分中以硫酸根与钙离子为主,硫酸根占阴离子摩尔浓度的99.8%-100%,平均99.9%;钙离子占阳离子(钙、镁、铝、铁)摩尔浓度的32%-64%,平均50%;可溶盐浓度介于501.8-869.2毫克每升,平均677.1毫克每升。

延伸阅读:

超低排放下不同湿法脱硫技术脱除SO3效果测试与分析

图文讲述石灰石石膏湿法脱硫工艺流程

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