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超低排放燃煤电站三氧化硫的迁移和排放特征

北极星环保网来源:环境科学学报 赵毅 韩立鹏2019/11/1 9:24:10我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:三氧化硫 湿法脱硫 脱硝催化剂

北极星环保网讯:采用美国环保署(USEPA)method 8 推荐的方法,对典型超低排放燃煤电站满负荷工况下的燃煤、烟气、飞灰、渣进行三氧化硫监测.实验结果表明:燃煤电站超低排放环保设备对三氧化硫的总脱除率为 71.86%,大气三氧化硫排放浓度为 1.5 mg·m-3(气体体积为标准大气压下的体积,下同).

选择性脱硝催化剂(SCR)前烟气中三氧化硫生成量为二氧化硫的 0.46%,在 SCR 催化剂 SO2/SO3的转化率为 0.58%,空气预热器内气态三氧化硫浓度显著降低.低温电除尘(LLT-ESP)内三氧化硫与飞灰结合得到脱除,LLT-ESP 细灰中三氧化硫含量为粗灰的 1.38倍.

湿法脱硫系统(WFGD)对三氧化硫的脱除率为 48.45%.超低排放燃煤电站大气三氧化硫排放因子 EF煤、EF电分别为 17.13 mg·kg-1、4.41 mg·kW-1·h-1.估算2018年我国燃煤电站三氧化硫大气排放总量约为3.99万t·a-1.

1 引言

中国的能源结构持续改进,煤炭在中国能源结构中的占比由十年前的 73.6% 和 2016 年的 62.0%降 至 2017 年 的 60.4%(英 国 BP 石 油 集 团 公 司 ,2017).尽管如此,煤炭仍是中国能源消费中的主要燃料.

数据显示,2017 年我国煤炭消耗总量 27.1亿吨标准煤(中华人民共和国国家统计局,2018).根据中电联公布的数据估算,2018 年我国用于发电的标准煤炭消耗量约为 15.2 亿吨(中国电力企业联合会,2018).我国发电行业煤炭消耗量占煤炭消耗总量的一半以上.

煤炭燃烧过程产生氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、细颗粒物(PM2.5)等大气污染物,其中硫氧化物的绝大部分是二氧化硫(SO2),三氧化硫(SO3)的量为二氧化硫的 0.1%~5%,而三氧化硫是颗粒物和酸雨重要的前驱体之一.煤炭燃烧排放的烟气中均存在三氧化硫,排入大气中的三氧化硫与碱性组分反应生成硫酸盐颗粒物,三氧化硫也会与空气中的水汽结合,以酸雨形式存在.

近年来我国持续加大污染治理力度,燃煤电站正在全面完成超低排放技术改造,二氧化硫、氮氧化物和颗粒物执行 50、35和 10 mg·m-3(标态,干基,6%O2,下同)的超低排放标准.环境总体质量逐年改善,蓝天保卫战成效显著.

但是 PM2.5和酸雨问题仍需引起我们足够的重视.公开数据显示(国家生态环境部,2018),2017 年全国 338 个地级及以上城市(以下简称 338个城市)中,239个城市环境空气质量超标,占 70.7%.338 个城市以 PM2.5为首要污染物的天数占重度及以上污染天数的 74.2%.

463 个监 测 降 水 的 城 市(区 、县)中 ,酸 雨 频 率 平 均 为10.8%,出现酸雨的城市比例为 36.1%.降水中的主要阴离子为硫酸根,占离子总当量的 21.1%,酸雨类型总体仍为硫酸型.

另外,超低排放标准没有对三氧化硫排放浓度设定排放限值,烟气中的三氧化硫会提高酸露点,增加尾部烟道和设备腐蚀风险.排放烟气中三氧化硫浓度过高会导致蓝色烟羽,增加不透明度.文献(纪培栋,2016)发现燃煤机组三氧化硫排放浓度达到 68 mg·m-3,出现明显蓝色烟羽,加重了酸沉降和雾霾.

陶雷行等(2018)对常规污染物控制流程的燃煤电站进行测试,烟囱排放三氧化硫浓度为 7.49 mg·m-3.因此,加强对超低排放燃煤电站三氧化硫迁移及排放特征的研究,对进一步控制三氧化硫大气排放以及减轻环境污染具有指导意义和借鉴作用.

本文针对某具有典型超低排放环保设施的燃煤电站,采用美国环境保护署(USEPA)Method 8 推荐的方法,在选择性脱硝催化剂(SCR)、低温电除尘(LLT-ESP)、石灰石石膏湿法脱硫(WFGD)等环保设备进行了三氧化硫采样监测,分析了三氧化硫在煤炭燃烧过程以及环保设备中的迁移变化特征,计算了超低排放燃煤电站大气三氧化硫排放因子,估算了我国燃煤电站三氧化硫的大气排放总量.

2 方法与试验

2.1 电站概况

试验的电站锅炉为煤粉炉,采用 П 型布置、单炉膛、水平浓淡低 NOx分级送风燃烧系统、四角切圆燃烧方式.660 MW 超临界燃煤发电机组,试验期间锅炉满负荷运行,炉膛中心温度 1200~1400 ℃.

机组超低排放技术方案:低氮燃烧技术(low NOxburner,LNB)+选择性催化还原脱硝装置(ivecatalytic reduction,SCR)+ 低 温 电 除 尘 器(low-lowtemperature ESP,LLT-ESP)+石灰石-石膏湿法脱硫(Wet flue gas desulfurization,WFGD)+屋脊除尘装置.

锅炉 LNB 燃烧技术保证 SCR 入口氮氧化物浓度不大于 300 mg·m-3,SCR 催化剂由 V2O5-WO3/TiO2组成,催化剂结构类型为蜂窝式.脱硫系统为石灰石石膏湿法脱硫(WFGD)工艺,四层喷淋层.在燃用设计煤锅炉最大连续蒸发量(Boiler maximum con⁃tinuous rating,BMCR)工况下,WFGD 系统二氧化硫排放浓度满足超低排放标准要求.

低温电除尘系统五电场运行,系统出口烟尘浓度≤20 mg·m-3,结合屋脊除雾装置进一步除尘,烟尘排放浓度满足超低排放标准要求.试验期间,大气污染物原始浓度和排放浓度见表1.

表 1 污染物排放浓度

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延伸阅读:

燃煤烟气超低排放三氧化硫协同控制的分析

燃煤电厂烟气三氧化硫控制冷凝法测试分析

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