湿法脱硫协同去除细颗粒物的研究进展-undefined

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摘要：石灰石-石膏湿法烟气脱硫（wet flue gas desulfurization，WFGD）工艺具有吸收剂来源广、成本低、脱硫效率高等优点，成为应用最广泛的烟气脱硫工艺。湿法脱硫过程中，燃煤烟气在喷淋浆液的洗涤作用下不仅能高效脱除SO2而且可以协同去除细颗粒物,但同时存在石灰浆液夹带导致出口颗粒物浓度增加的问题。本文首先综述了湿法脱硫的应用现状，对比了湿法脱硫系统前后细颗粒物物性变化，然后概述了应用于湿法脱硫协同去除细颗粒物的新方法，包括脱硫塔内部结构调整以及促进细颗粒物凝聚长大，同时分析了湿法脱硫工艺中采用荷电细水雾吸附细颗粒物并增益脱除SO2的可行性，以期为燃煤电厂细颗粒物排放控制提供借鉴。最后指出未来湿法脱硫技术不仅要实现高脱硫效率，而且能有效脱除未被静电除尘器脱除的细颗粒物，湿法脱硫技术的发展趋势是多种技术耦合实现多污染物的协同脱除。

细颗粒物 （空气动力学直径小于 2.5μm 的颗粒，通常用 PM2.5表示）是影响我国城市空气质量的主要污染物之一，具有很大的比表面积，能长期悬浮于大气环境中且易于富集多环芳烃、重金属、细菌和病毒等有毒有害物质，通过呼吸进入人体，与呼吸系统疾病、心血管疾病、心脏病等疾病的发病率有密切联系[1] ，是导致人类死亡率上升的重要原因[2] 。煤炭是我国能源消费中最主要的组成部分[3] ，我国煤炭消费量的80%直接用于燃烧，煤炭等化石燃料的燃烧是大气细颗粒物的主要来源，其中燃煤电厂细颗粒物排放占很大比重[4] ，因此，控制燃煤电厂细颗粒物排放是迫切需要解决的问题。

燃煤电厂烟气处理的工艺流程一般为选择性催化还原（SCR）脱硝+电除尘+脱硫，处理后的净烟气经烟囱排放到大气中。传统静电除尘器对粗颗粒物有很好的去除效果，除尘效率可以达到99%以上，但对粉尘比电阻较大的细颗粒物难以有效荷电，去除效果较差[5] 。燃煤电厂静电除尘器后普遍安装烟气脱硫装置去除燃煤烟气中的二氧化硫，其中以石灰石-石膏湿法脱硫工艺为主[6] 。湿法脱硫一方面可以通过脱硫浆液的洗涤作用去除颗粒物，另一方面脱硫浆液在高温烟气的作用下蒸发结晶形成新的颗粒物，使烟气经湿法脱硫洗涤后细颗粒物的排放浓度反而会增加[7] 。国内部分燃煤电厂在湿法脱硫装置后增设湿式静电除尘器去除脱硫塔后细颗粒物、硫酸雾滴以及逃逸的石灰石浆液小液滴[8-9] ，但湿式静电除尘器存在运行费用高、占地面积大等不足。湿法脱硫通常作为烟气处理的末端设备，烟气经过湿法脱硫装置后经烟囱直接排放到大气中，其对细颗粒物的脱除效果直接影响大气环境空气质量，因此研究湿法脱硫协同控制细颗粒物排放对于研发新型高效脱硫除尘技术，控制大气污染具有重要意义。

本文就国内外湿法脱硫协同去除细颗粒物的研究现状给出评述，介绍国内外湿法脱硫协同除尘的新进展，进一步分析了荷电细水雾用于湿法脱硫装置高效脱除SO2的同时协同去除细颗粒物的可行性, 并指出湿法脱硫未来的发展趋势是多种技术联合实现多种污染物的协同治理。

1 湿法脱硫工艺应用现状

烟气脱硫工艺在燃煤电厂尾气处理中广泛应用，根据脱硫剂的干湿状态可以将其分为干法、半干法和湿法，其优缺点对比如表1所示。湿法脱硫通过液体或浆液吸收剂在湿态下脱硫和对脱硫产物进行处理，虽然存在初期投资大、脱硫废水难处理等缺点，但其脱硫效率高（＞90%）、反应速率快、技术成熟，适合大型燃煤电厂脱硫，大型燃煤电厂广泛采用湿法脱硫技术。根据所用脱硫剂种类的不同，湿法脱硫工艺又可以分为石灰石-石膏法、钠碱法、氨法、镁法、有机胺法、海水法等[10] ，表2 总结对比了几种常见湿法脱硫技术的特点及适用性。与其他湿法脱硫技术相比，石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术由于具有脱硫效率高（通常超过 95%）、吸收剂来源广、成本低以及煤种适用性强等优点而得以普遍应用，市场占有率超过 90%[2] ，本文湿法脱硫工艺主要指石灰石-石膏湿法脱硫。

石灰石-石膏湿法脱硫工艺的工作原理是用石灰石或石灰石浆液作为吸收剂，在喷淋塔内雾化成小液滴，与燃煤烟气进行逆流接触，与SO2发生化学反应生成亚硫酸钙，随后向浆池区通入空气使亚硫酸钙氧化为硫酸钙（石膏），脱硫后净烟气通过烟囱排出。以往研究多是实现脱硫塔高脱硫效率，忽略了脱硫塔喷淋洗涤过程中细颗粒物的变化，在喷淋洗涤过程中，雾化形成的细小石灰石浆液在高速烟气作用下容易随烟气运动带出脱硫塔，这部分石灰浆液蒸发形成的颗粒物以 PM2.5为主，对人体和环境的危害尤为严重。随着国家排放要求越来越严格，工业脱硫塔增益除尘能力也引起众多研究人员的关注，实验研究了一系列降低脱硫塔出口细颗粒物浓度的方法，包括增加塔内构件、设计高效除雾器、强化蒸汽相变凝结等，并在实验室条件下取得了良好的效果，有望进一步应用到工业湿法脱硫过程中，实现超低量排放的要求。

2 WFGD系统前后颗粒物物性变化

近几年，国内外众多学者开展了 WFGD 系统前后颗粒物物性变化的研究分析，研究表明[11-19] ，经过 WFGD 后，粗颗粒物有较稳定的去除效果，分级去除效率随粒径的减小而下降，颗粒粒径在 0.1~1μm之间去除效果较差，颗粒间的团聚形态发生改变，同时颗粒物上 Ca 和 S 元素含量增加，通过优化脱硫工艺抑制细小石膏晶体的形成可以降低 WFGD后细颗粒物的排放浓度。王珲等[7] 实测发现石灰石-石膏湿法脱硫工艺对颗粒物总质量脱除效率为74.5%，喷淋过程虽然可以有效脱除粗颗粒物但对细颗粒物去除效果较差，随粒径的减小颗粒分级脱除效率明显下降，并且出口烟气细颗粒物中 Ca和S元素含量增加，脱硫塔出口烟气中除未被洗涤脱除的燃煤飞灰外，还含有约7.9%的石膏颗粒和47.5%的石灰石颗粒。Meji等[11] 对荷兰WFGD系统前后颗粒物分析发现，脱硫后燃煤飞灰约占 40%，10%为石膏颗粒，其余为脱硫浆液蒸发后形成的溶解化合物。王东歌等[12] 对我国燃煤电厂的实测结果显示湿法脱硫对总颗粒物的平均脱除效率为 55.5%，对PM10的去除效率在50%左右，但对PM2.5 以及PM1的去除作用有限，甚至出现出口排放浓度增加的现象。朱杰等[13] 对超低排放项目的湿法脱硫系统颗粒物实测发现旋汇耦合、双托盘等强化气液传质技术有效提高了粉尘脱除效率，远超过传统空塔湿法脱硫工艺。随后，潘丹萍等[14] 利用石灰石- 石膏湿法脱硫试验装置研究发现湿法脱硫后细颗粒物物性与脱硫浆液中固体晶粒有一定关联，脱硫后烟气中细颗粒物主要源自脱硫浆液蒸发夹带，并通过优化脱硫工艺参数降低了脱硫过程细颗粒物的形成。颜金培等[15] 采用4种不同的脱硫洗涤剂分析湿法脱硫对细颗粒物的影响，发现脱硫后细颗粒物的形态与所用脱硫洗涤剂密切相关，但不论采用何种洗涤剂，脱硫后颗粒物中的 S 元素含量均明显增大。

表3总结归纳了研究人员对湿法脱硫系统除尘作用分析。可见，经过WFGD洗涤后，颗粒粒径、形态以及组分均发生变化，其变化与脱硫浆液的洗涤作用密切相关，研究湿法脱硫协同控制细颗粒物的关键在于强化脱硫浆液与燃煤烟气细颗粒物接触吸收，降低烟气中粉尘含量，同时要抑制脱硫浆液蒸发析出石灰石颗粒。

原标题：湿法脱硫协同去除细颗粒物的研究进展

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