燃煤电厂湿烟囱条件下SOx排放致霾机理分析及治理措施

4燃煤电厂湿烟囱排放烟气是中国北方冬季致霾的重要来源的推断

潘丹萍等[15]研究发现，石灰石-石膏湿法脱硫塔之后的细颗粒物与脱硫之前相比，大部分粒径范围内的细颗粒物浓度有所下降，其中粒径在10μm附近颗粒物质量浓度下降幅度更加明显，而PM2.5所占比例增加，脱硫后细颗粒物粒径分布向小粒径方向迁移。

湿法脱硫本身也会形成新的细颗粒物，其主要成份为碳酸钙。PM2.5以下的细颗粒物和硫酸雾结合，更容易形成硫酸盐气溶胶。经过超低排放改造后，烟气中烟尘的浓度能够控制在5 mg/Nm3以内，烟气中细颗粒物的质量浓度显著下降，但是细颗粒物的数量并未显著减少[13]，这些细颗粒物在水汽凝结过程中起到凝结核的作用，在亚硫酸氧化生成硫酸过程中起到催化剂作用。

综上所述，湿烟囱条件下，燃煤电厂烟囱出口处烟气中的SOx主要以硫酸雾的形态排放。微小的硫酸雾液滴，加之烟气中携带的细颗粒物，是大气中硫酸盐气溶胶的重要来源物，而硫酸盐气溶胶是构成雾霾的重要组成部分，加之燃煤电厂耗煤量巨大，冬季是燃煤电厂发电供热高峰期，外界环境温度比较低，可以进一步推断，湿烟囱条件下，燃煤电厂排放烟气中的硫酸雾和细颗粒物是中国北方冬季致霾的重要来源。

若能实测到燃煤电厂湿烟囱出口处的气态SO2浓度，便可以进一步印证上述论断的正确性。只要湿烟囱出口处的气态SO2浓度显著低于现有CEMS系统测得的气态SO2浓度，上述论断即被印证成立。这也是作者将要进一步研究的课题。

5 烟气深度脱硫是解决湿烟囱条件下硫酸雾排放的根本手段

硫酸雾的危害远远大于气态SO2。燃煤电厂的烟气排放量巨大，一台630MW机组在满发的情况下，每小时的烟气排放量超过两百万立方米，排放烟气中的SOx以硫酸雾的形态排放，其整体对于环境污染的危害相当大。在气象条件不好的情况下，燃煤电厂经湿烟囱排放的硫酸雾和细颗粒物会成为雾霾的重要成因。

对于湿烟囱条件下硫酸雾的治理，需要基于对硫酸雾的成因进行分析，并采取针对性的治理措施。显然，SO2转化为硫酸雾需要有SO2、氧气和水。对于这三个条件，阻断任何一个均能减少或避免SO2转化生成硫酸雾。

在烟囱内，氧量无法有效去除，因此降低烟气含氧量不作为减少烟囱出口处硫酸雾排放浓度的主要方向。

在烟囱前，通过烟气加热，能够有效减少烟囱内凝结液滴的生成。采用湿法脱硫工艺并采用GGH，烟囱为半干烟囱条件，排放烟气温度提高至80℃以上，烟气中的水蒸气重新达到不饱和状态，使得烟囱内的烟气不产生凝结[3]。

尽管采用GGH有诸多问题，但其依然是有效控制SO2在烟囱内转化为硫酸雾的重要手段，而不仅仅是能提高烟气的抬升和扩散能力。但是，烟气中的SO2排入大气仍是一种主要的污染物;使用GGH并不能有效减少脱硫塔出口处已经生成的硫酸雾，所以使用GGH没有从根本上解决SOx排放量的问题。

在脱硫塔之后布置湿式电除尘器，脱硫塔出口处硫酸雾能够被部分脱除。湿式电除尘器布置在烟囱前的烟道上，在湿式电除尘器安装处，烟气中的凝结液滴量比较少，SO2基本以气态方式存在，湿式电除尘器对SO2的脱除效果有限，SO2在烟囱内仍会转换为硫酸雾。

在烟囱前，若能深度脱除SOx，即使采用湿烟囱，也能够有效降低硫酸雾的排放浓度，同时还能有效减轻SOx对烟囱的腐蚀作用。因此，有必要寻求一种能够深度脱除SOx的方法，在烟气进入烟囱前，脱除大部分SOx，甚至于实现SOx的近零排放，这是解决湿烟囱条件下硫酸雾排放问题的根本措施。

6 在常规湿法脱硫的基础上增加钠基溶液脱硫作二级脱硫，是实现深度脱硫的有效手段

常规的石灰石-石膏湿法脱硫工艺，在SOx排放控制值比较大的情况下，是一种非常成熟、经济的脱硫手段。但采用该工艺，由于脱硫浆液的雾化粒径不能过小、浆液的pH值不能过高，导致其对于SOx深度脱除存在较大困难。

目前采用的各种改进方法，主要是围绕着提高液气比、改善反应条件、改善流场条件等方面着手，存在改扩建投资大、烟气阻力增大和浆液循环泵的能耗增加等问题，成本增加非常显著。对低于10 mg/Nm3，甚至低于5mg/Nm3的深度脱硫目标，常规脱硫工艺难以满足。另外，常规脱硫工艺还存在调节响应速度慢，适应变工况的能力弱的问题。

如果在常规的石灰石-石膏湿法脱硫工艺作为一级脱硫的基础上，增加采用钠基溶液脱硫剂的二级脱硫工艺，形成两级脱硫，就能够很好地实现深度脱硫目标。为此，我们提出和设计了二级脱硫采用钠基脱硫剂的两级脱硫工艺。系统示意图如图3所示，图中使用碳酸钠作为脱硫剂。

在脱硫塔内一级脱硫的脱硫浆液顶层喷淋层和第一级除雾器之间，或者在第一级除雾器和第二级除雾器之间，布置二级脱硫喷雾装置。二级脱硫剂溶液逆流雾化喷入烟气中，喷射覆盖率控制在150～200%之间。二级脱硫采用钠基脱硫剂，如碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、天然碱等，原料品质可以相对较低。

脱硫剂用工艺水在溶解池内溶解，质量密度控制在5～20%之间，经高压雾化，或者经压缩空气雾化喷入脱硫塔内，雾化粒径控制在200μm以内，反应后的溶液落入脱硫塔内的脱硫浆液池内(所列举的各项参数为设计时的参考数)。钠基脱硫剂溶液的质量浓度，依据脱硫塔内的水量平衡、脱硫效率、除雾器的除雾能力等综合考虑。

二级脱硫的反应式为Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2; Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2。二级脱硫的生成物主要是少量的亚硫酸钠和硫酸钠，落入脱硫浆液池内，亚硫酸钠被氧化生成硫酸钠。硫酸钠不会对石灰石-石膏湿法脱硫工艺产生明显影响。

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