濕式電除塵器與氨法脫硫協(xié)同脫除多種污染物效果研究

高正來，周國山，沈東，潘正琪，周威，信曉穎，李艷

(1.中國聯(lián)合工程有限公司，杭州 310052；2.華電電力科學研究院有限公司，杭州 310030)

0 引言

氨法煙氣脫硫是以氨水為脫硫劑脫除煙氣中SO2的脫硫工藝，經過多年的發(fā)展和實踐，氨法脫硫目前已成為僅次于石灰石-石膏濕法脫硫的脫硫工藝，廣泛應用于化工企業(yè)。隨著環(huán)保排放標準的提高，氨法脫硫正以其高效、副產品可資源化、對煙氣條件適應性強等優(yōu)勢逐步得到推廣應用[1-2]。與石灰石-石膏濕法脫硫技術相比，氨法脫硫技術具有以下優(yōu)點：(1)反應速率快，脫硫效率高，吸收劑利用率高；(2)煤種適用范圍廣，對機組負荷變化適應性強；(3)設備少，阻力低，且系統(tǒng)結垢現(xiàn)象少，易于操作和維護；(4)副產物硫酸銨可資源化；(5)對NOx也有一定的脫除作用；(6)脫硫過程不產生廢水、廢氣、廢渣，環(huán)境效益好[3-6]。同時，氨法脫硫也有一些缺點：(1)脫硫劑氨水價格高，且運輸麻煩；(2)設備易腐蝕；(3)有氨逃逸、硫銨氣溶膠拖尾現(xiàn)象[7-9]。

圖1 NOx質量濃度及脫除效率Fig.1 NOx mass concentration and removal efficiency

圖2 煙塵質量濃度及脫除效率Fig.2 Dust mass concentration and removal efficiency

濕式電除塵器(WESP)具有除塵效率高、壓力損失小、無二次揚塵、可工作于煙氣露點溫度以下、結構緊湊而可與其他煙氣治理設備相互結合、設計形式多樣化等優(yōu)點，是除去含濕氣體中煙塵、氣溶膠等污染物的可靠設施[10-11]。杜振[12]等研究表明，燃煤電廠增設WESP可協(xié)同脫除粉塵、霧滴、SO3和PM2.5，是實現(xiàn)超低排放的有效裝置。蔡晶等研究了氨法脫硫后增設WESP對煙塵排放的影響[13-15]，表明WESP的除塵效率可高達85%。本文通過研究某化肥廠氨法脫硫裝置及其配套的WESP對粉塵、NOx、霧滴、SO3和PM2.5等污染物的協(xié)同脫除作用，分析其實現(xiàn)超低排放的可行性，為其他類似工程提供借鑒。

1 研究方法

某化工企業(yè)130 t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫采用氨法工藝，煙塔合一技術，并在脫硫塔除霧器出口加WESP，鍋爐煙氣經過氨法脫硫、WESP凈化處理后經塔頂煙囪直排。WESP設置在氨法脫硫塔內，采用立式結構，陽極材料為導電玻璃鋼，頂部設置沖洗系統(tǒng)。按超低排放標準設計建設，要求出口SO2排放質量濃度≤35.0 mg/m3，出口煙氣總固體排放質量濃度≤5.0 mg/m3，出口煙氣氨質量濃度≤3.0 mg/m3。

本文通過對比氨法脫硫吸收塔進出口及WESP出口等幾個位置NOx、煙塵、NH3、霧滴、SO3等污染物排放質量濃度的變化趨勢，分析了60%(最低穩(wěn)定運行負荷率)，75%，90%，100%煙氣負荷率條件下氨法脫硫及濕式電除塵器對各污染物的協(xié)同脫除作用，并根據(jù)測試結果進行了必要的補測，文中所用污染物質量濃度均為穩(wěn)定負荷下連續(xù)1 h的平均值。

2 結果分析

2.1 NOx脫除效果分析

在不同試驗條件下，NOx質量濃度采用西門子ULTRAMAT 23多組分氣體分析儀連續(xù)測定，測試結果如圖1所示。

由圖1可以看出：NOx經過氨法脫硫裝置后，排放質量濃度都有一定的降低，脫除效率在32.0%～40.4%之間，入口煙氣中最高NOx質量濃度在70.2 mg/m3時，出口NOx排放質量濃度仍可控制在50.0 mg/m3以下，可達到超低排放的要求。但NOx排放質量濃度在濕式電除塵器前后并沒有明顯變化，由此可見，濕式電除塵器對NOx基本沒有脫除作用。

2.2 煙塵脫除效果分析

煙塵濃度測試根據(jù)GB 5468—1991《鍋爐煙塵測試方法》，采用等速采樣過濾計重法測定。此次測試采用SHC-502煙塵采樣儀采樣測定，測試結果如圖2所示。

圖4 SO3質量濃度及脫除效率Fig.4 SO3 mass concentration and removal efficiency

由圖2可以看出：氨法脫硫裝置對煙氣中煙塵的脫除效率在27.3%～38.4%之間，證明氨法脫硫裝置本身對煙塵具有一定的脫除效率，但氨法脫硫裝置出口煙塵質量濃度基本都在20.0 mg/m3以上，不能實現(xiàn)煙塵超低排放。WESP可進一步脫除煙塵，氨法脫硫+WESP對煙塵的協(xié)同脫除效率最高可達81.8%，且WESP出口煙塵質量濃度都控制在10.0 mg/m3以下，其中WESP入口煙塵質量濃度控制在20.0 mg/m3以下時，WESP出口煙塵排放質量濃度可低于5.0 mg/m3。因此，如控制WESP出口煙塵質量濃度在20.0 mg/m3以下，可實現(xiàn)煙塵超低排放。

2.3 NH3脫除效果分析

氨逃逸采用DR-650-NH3氣體檢測儀連續(xù)測定，測試結果如圖3所示。

圖3 NH3質量濃度及脫除效率Fig.3 NH3 mass concentration and removal efficiency

由圖3可以看出：氨法脫硫裝置出口NH3排放質量濃度在15.8～18.1 mg/m3之間，超出技術協(xié)議的要求范圍，經過WESP后，NH3脫除效率約50.0%左右，出口NH3排放質量濃度都控制在8.6 mg/m3以下，但仍無法達到技術協(xié)議要求的3.0 mg/m3。由此可見，WESP并不能保證氨逃逸達標，氨法脫硫氨逃逸問題仍是個亟待解決的難題。

2.4 SO3脫除效果分析

SO3測試根據(jù)GB/T 21508—2008《燃煤煙氣脫硫設備性能測試方法》，采用冷凝采樣后滴定法測定，測試結果如圖4所示。

由圖4可以看出：氨法脫硫裝置對煙氣中SO3的脫除效果明顯，脫除效率在70.0%以上，氨法脫硫裝置出口SO3質量濃度可控制在20.0 mg/m3以下。WESP可進一步脫除煙氣中的SO3，氨法脫硫+WESP對SO3的協(xié)同脫除效率在87.0%～90.0%之間，WESP出口SO3質量濃度可控制在10.0 mg/m3以下，但是相比一些地方標準要求的低于5.0 mg/m3仍有一定差距。

2.5 霧滴脫除效果分析

霧滴測試根據(jù)GB/T 21508—2008《燃煤煙氣脫硫設備性能測試方法》，采用采樣稱重法測定，測試結果如圖5所示。

圖5 霧滴質量濃度及脫除效率Fig.5 Droplet mass concentration and removal efficiency

由圖5可以看出：氨法脫硫裝置出口霧滴濃度基本在120.0 mg/m3以上，WESP對霧滴的脫除率基本在80.0%以上，出口霧滴質量濃度基本都控制在30.0 mg/m3以下。與HJ/T 179—2005《火電廠煙氣脫硫工程技術規(guī)范石灰石-石膏濕法脫硫》中規(guī)定的出口霧滴質量濃度低于75.0 mg/m3相比，遠小于規(guī)范值。因此，WESP可有效控制氨法脫硫后的“硫銨雨”現(xiàn)象。

3 結果與討論

總體來說，氨法脫硫效率較高，脫硫產物可資源化，相比石灰石-石膏濕法脫硫具有一定的優(yōu)勢，但同時易帶來硫銨雨、氨逃逸等新的問題，影響其大規(guī)模應用。本文通過研究氨法脫硫與WESP對部分污染物的協(xié)同脫除作用，分析氨法脫硫+WESP系統(tǒng)不足的地方，希望給下一步煙氣消除有色煙羽、控制PM2.5等工作提供參考。綜上所述，可得出以下結論：

(1)氨法脫硫裝置脫除SO3效果較明顯，脫除率基本在70.0%以上，對NOx、煙塵也具有一定的脫除效率，經過氨法脫硫裝置后，NOx基本達到超低排放要求。

(2)WESP作為氨法脫硫裝置的補充，可有效脫除氨法脫硫裝置后的煙塵、SO3及NH3等污染物，并能有效脫除霧滴，能有效控制氨法脫硫后的“硫銨雨”。

(3)WESP入口煙塵質量濃度高于20.0 mg/m3時，無法實現(xiàn)煙塵的超低排放，因此，運行過程中應控制氨法脫硫裝置進出口煙塵質量濃度，以達到煙塵超低排放的目標。

(4)WESP對SO3，NH3的脫除效果明顯，是后續(xù)控制SO3，NH3排放的有效措施，但SO3，NH3排放質量濃度仍高于行業(yè)標準，仍需優(yōu)化氨法脫硫及WESP運行方式，控制WESP入口SO3，NH3質量濃度。