摘要：隨著環境污染日趨嚴重，環境保護也越來越被重視，大氣污染的治理在霧霾天氣的推動下迫在眉睫，而霧霾的重要評價指標為PM2.5。本文主要針對燃煤電廠PM2.5展開一系列的論述。燃(ran)煤電廠PM2.5污(wu)染物78%屬(shu)于可冷(leng)凝顆(ke)(ke)粒物，只有(you)22%屬(shu)于可過濾(lv)的顆(ke)(ke)粒物，燃(ran)煤電廠PM2.5的控制主要是SO3mist的控制。控制SO3mist 的主要方案是低低溫電除塵系統和濕式靜電除塵器。筆者建議在推廣燃煤電廠超低排放標準時，增加對SO3量的排放限制值，并且將SO3作為總粉塵排放量的計量值，從而有效控制燃煤電廠PM2.5的排放濃度。

　　1 引言

　　PM2.5也叫可(ke)吸(xi)(xi)入顆粒物，是(shi)指(zhi)空氣(qi)動力(li)學粒徑小(xiao)于2.5um的(de)(de)(de)顆粒，這(zhe)(zhe)些顆粒物100 %可(ke)以(yi)吸(xi)(xi)入肺(fei)泡中，其中0.3um-2um的(de)(de)(de)粒子幾乎全部沉(chen)積(ji)于肺(fei)部而(er)不能(neng)呼出，進而(er)進入人體血液(ye)循(xun)環。由(you)于比表(biao)面(mian)積(ji)大(da)，吸(xi)(xi)附(fu)性很強，容易成為空氣(qi)中各種有毒物質的(de)(de)(de)載體，特別是(shi)容易吸(xi)(xi)附(fu)多(duo)環芳烴、多(duo)環苯(ben)類(lei)和(he)重(zhong)金屬及微(wei)量元(yuan)(yuan)素等，使得致(zhi)(zhi)癌(ai)、致(zhi)(zhi)畸、致(zhi)(zhi)變的(de)(de)(de)發病率(lv)明顯升高。PM2.5這(zhe)(zhe)類(lei)超細(xi)顆粒物對光的(de)(de)(de)散射作用強，是(shi)灰(hui)霾形成的(de)(de)(de)主要“元(yuan)(yuan)兇”。

　　PM2.5分為一(yi)次顆(ke)(ke)粒物(wu)(wu)和(he)二次顆(ke)(ke)粒物(wu)(wu)，一(yi)次PM2.5顆(ke)(ke)粒物(wu)(wu)：包括(kuo)直接以(yi)固態(或液態)形式(shi)排出(chu)的(de)超(chao)細(xi)(xi)顆(ke)(ke)粒物(wu)(wu)和(he)在排放(fang)煙氣(qi)溫(wen)度(du)超(chao)過飽和(he)溫(wen)度(du)條件下以(yi)氣(qi)態或蒸汽態排出(chu)，在煙羽(yu)擴(kuo)散過程中冷凝產生的(de)超(chao)細(xi)(xi)顆(ke)(ke)粒物(wu)(wu);二次顆(ke)(ke)粒物(wu)(wu)：是以(yi)氣(qi)態SOx、NOx、VOC等(deng)形式(shi)排放(fang)到大氣(qi)中，經(jing)過復雜的(de)物(wu)(wu)理化學變化轉化成的(de)超(chao)細(xi)(xi)顆(ke)(ke)粒物(wu)(wu)。

　　對燃煤(mei)電廠實(shi)測表明，一次凝結(jie)的(de)PM2.5顆(ke)粒物(wu)占總PM2.5顆(ke)粒物(wu)排放的(de)36%左右。一次PM2.5又可(ke)以分為可(ke)過濾的(de)顆(ke)粒物(wu)(filterable)和可(ke)冷(leng)凝的(de)顆(ke)粒物(wu)(Condensable)，據美國環保局(ju)估計，78%的(de)PM2.5屬于可(ke)冷(leng)凝顆(ke)粒物(wu)，也就是SO3等酸(suan)性氣體形成的(de)酸(suan)霧，只有(you)22% 屬于可(ke)過濾的(de)顆(ke)粒物(wu)。由于可過濾的顆粒物在PM2.5總組成中占比非常少，即便現有火電廠執行超低排放所規定的10-5mg/Nm3排放限值，仍然不足以解決PM2.5污染問題。因此，要解決燃煤電廠的PM2.5污染問題，就必須去除SO3冷凝形成的酸霧。SO3進入濕法脫硫洗滌塔冷凝成超細顆粒的物質SO3酸霧(SO3 mist)，在美國已將其歸入總的粉塵排放值的計算值，以替代原有總的SOx排放值的計量值。

　　2 SO3的性質

　　三(san)(san)氧化(hua)硫(liu)是(shi)一(yi)種無色易揮發的(de)固體，有三(san)(san)種物(wu)(wu)(wu)相(xiang)。(高(gao)中化(hua)學一(yi)般認為其在常溫下是(shi)液體，標況(kuang)下是(shi)固體，加(jia)熱(re)(re)后是(shi)氣體。)α-SO3絲質纖維狀和(he)針(zhen)狀，密度1.97g/cm3，熔(rong)(rong)(rong)點(dian)(dian)62.3℃;β-SO3石棉纖維狀，熔(rong)(rong)(rong)點(dian)(dian)62.4℃，在50℃可(ke)升(sheng)華;γ-SO3玻(bo)璃狀，熔(rong)(rong)(rong)點(dian)(dian)16.8℃，沸點(dian)(dian)44.8℃。溶(rong)(rong)于(yu)水，并跟水反應生成硫(liu)酸(suan)和(he)放出大量的(de)熱(re)(re)，因此又稱硫(liu)酸(suan)酐。可(ke)溶(rong)(rong)于(yu)濃硫(liu)酸(suan)而成發煙硫(liu)酸(suan)。它是(shi)酸(suan)性氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)，可(ke)和(he)堿性氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)反應生成鹽。三(san)(san)氧化(hua)硫(liu)是(shi)很強的(de)氧化(hua)劑，特(te)別是(shi)在高(gao)溫時(shi)能氧化(hua)硫(liu)、磷、鐵、鋅以及(ji)溴化(hua)物(wu)(wu)(wu)、碘化(hua)物(wu)(wu)(wu)等。

　　天(tian)然的(de)(de)SO3固體有一(yi)種(zhong)令人驚訝(ya)的(de)(de)、因(yin)痕量(liang)水導致結構(gou)改變的(de)(de)復雜結構(gou)。由于氣體的(de)(de)液化，極純的(de)(de)SO3冷凝形(xing)成(cheng)一(yi)種(zhong)通常(chang)稱(cheng)作γ-SO3的(de)(de)三聚體。這種(zhong)分子形(xing)式是一(yi)種(zhong)熔點在16.8 ℃的(de)(de)無色固體。它形(xing)成(cheng)的(de)(de)環狀結構(gou)被稱(cheng)為[S(=O)2(μ-O)]3。

　　圖(tu)1 γ-SO3分子的結構(gou)模型(xing)

　　如(ru)(ru)果(guo)SO3在27℃以(yi)上(shang)冷凝，可(ke)形成熔點(dian)為16.83℃的(de)“α-SO3”.α-SO3 外觀為類似石棉的(de)纖維狀(雖然兩者相差甚遠(yuan))。在結構上(shang)來說，它是形如(ru)(ru)[S(=O)2(μ-O)]n的(de)聚合(he)物(wu)。聚合(he)物(wu)分(fen)子(zi)的(de)每個末端都以(yi)-OH結束(shu)。β-SO3是與α構型(xing)相類似、但相對分(fen)子(zi)質量不同的(de)纖維狀聚合(he)物(wu)，其(qi)分(fen)子(zi)末端亦皆為羥基，熔點(dian)為62.4℃。γ構型(xing)和(he)β構型(xing)都是介穩(wen)(wen)的(de)，在長時(shi)間(jian)放(fang)置后(hou)最終會轉(zhuan)化為穩(wen)(wen)定(ding)的(de)α構型(xing)。這種轉(zhuan)化是由(you)痕量水導致(zhi)的(de)。

　　在同一溫度下固體SO3的相對蒸氣壓大小為α<β<γ，亦指明它們相對分子質量的大小。液態三氧化硫的蒸氣壓說明它是γ構型。因此加熱α-SO3的晶體至其熔點時會導致蒸氣壓的突然升高，巨大的壓力甚至可以沖破加熱它的玻璃管。這個結果被稱為“α爆炸”。SO3 極易水解。事實上，該水化熱足以使混合了SO3的木頭或者棉花點燃。在這種情況下，SO3使那些碳水化合物脫水。

　　SO3中氧硫鍵(jian)的(de)鍵(jian)長(chang)并不相同，固態SO3主要以兩(liang)種(zhong)形式存在：一(yi)種(zhong)是(shi)(shi)三聚(ju)體的(de)環狀形式，另外一(yi)種(zhong)是(shi)(shi)石(shi)棉鏈狀的(de)纖維(wei)結構兩(liang)種(zhong)結構中，共(gong)享(xiang)(xiang)的(de)S—O鍵(jian)長(chang)和(he)非共(gong)享(xiang)(xiang)的(de)S—O鍵(jian)長(chang)是(shi)(shi)不同的(de)。

　　二氧化硫可轉為三氧化硫：

　　3 燃煤電廠(chang)SO3的(de)成因(yin)和特點

　　燃(ran)(ran)煤在(zai)鍋爐(lu)(lu)燃(ran)(ran)燒中(zhong)煤中(zhong)的(de)(de)(de)(de)硫(liu)通過(guo)燃(ran)(ran)燒氧(yang)(yang)化成(cheng)(cheng)SO2，但是有近(jin)1%的(de)(de)(de)(de)SO2會進一(yi)步氧(yang)(yang)化成(cheng)(cheng)SO3，這是爐(lu)(lu)內燃(ran)(ran)燒所形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)SO3;在(zai)爐(lu)(lu)后(hou)裝有SCR(V-Ti系列催(cui)化劑)脫硝裝置，則在(zai)催(cui)化劑的(de)(de)(de)(de)作用下，又有1-2%的(de)(de)(de)(de)SO2轉化成(cheng)(cheng)SO3，致使燃(ran)(ran)煤鍋爐(lu)(lu)排放煙氣中(zhong)有2-3%的(de)(de)(de)(de)煤中(zhong)含硫(liu)量轉化為SO3，當氣相(xiang)態(tai)的(de)(de)(de)(de)SO3進入后(hou)續的(de)(de)(de)(de)濕法脫硫(liu)裝置(FGD)，通過(guo)FGD吸收塔噴淋后(hou)，氣相(xiang)的(de)(de)(de)(de)SO3和水結合(he)形成(cheng)(cheng)硫(liu)酸(H2SO4)霧(wu)，這就(jiu)是常稱為SO3酸霧(wu)(SO3 mist);這種SO3mist 是一(yi)種超(chao)細(xi)的(de)(de)(de)(de)粉末，其直徑D50通常為0.08um(微米)。

　　假定燃煤的(de)含(han)硫量(liang)為(wei)1-3%，其(qi)燃燒(shao)后(hou)產生的(de)煙氣中SO2濃度(du)為(wei)：2000-6000 mg/Nm3，則(ze)其(qi)SO3濃度(du)為(wei)將為(wei)40-180mg/Nm3。如將SO3按(an)總的(de)粉(fen)(fen)塵量(liang)計入，則(ze)超低排(pai)(pai)放粉(fen)(fen)塵5mg/Nm3標準，不脫(tuo)除(chu)SO3無(wu)法滿足排(pai)(pai)放要求。對(dui)燃煤電廠(chang)現(xian)有的(de)煙氣處理裝置無(wu)法去(qu)除(chu)含(han)SO3霧滴的(de)可冷凝顆(ke)粒(li)物，導致現(xian)有電廠(chang)的(de)單位燃料PM2.5排(pai)(pai)放因子遠高于歐(ou)美(mei)和日本、加拿大的(de)排(pai)(pai)放水平。

　　4 燃煤電廠SO3的控制方案

　　4.1 低低溫(wen)靜電除塵技術

　　低低溫靜(jing)電(dian)除塵技(ji)術是對傳統靜(jing)電(dian)除塵技(ji)術的革新，其實質是在干(gan)式(shi)電(dian)除塵器(qi)(DESP)之(zhi)前對煙(yan)氣進行冷卻(que)處理(li)，將DESP的運行溫度由130-150℃降低到85-90℃左右。與傳統的煙(yan)氣治理(li)技(ji)術相比，低低溫靜(jing)電(dian)除塵技(ji)術具有如下特征：

　　4.1.1脫除SO3

　　1)SO3生成轉化機制

　　煙氣中SO3主(zhu)要來自兩個部分(fen)：在鍋爐燃燒過程中，煤中的(de)(de)硫(liu)大(da)部分(fen)轉化(hua)成SO2，約有1%的(de)(de)SO2將繼續氧化(hua)成SO3;在安(an)裝了SCR設備后(hou)，SCR催化(hua)劑能在還原NOx的(de)(de)同(tong)時，將1-3%的(de)(de)SO2氧化(hua)成SO3。

　　煙氣在進入空預器之前，SO2到(dao)SO3的氧化(hua)反應已經完(wan)成。在空預器及(ji)其后煙氣凈化(hua)設施中(zhong)，煙氣溫度從(cong)300℃降低到(dao)150℃或更(geng)低，SO3將經歷從(cong)蒸汽相(xiang)到(dao)液相(xiang)或固相(xiang)的轉變(bian)，存在硫(liu)(liu)酸(蒸汽)、硫(liu)(liu)酸(液相(xiang))、硫(liu)(liu)酸鹽(固相(xiang))等(deng)多種形(xing)式(shi)。

　　一般(ban)認(ren)為，鍋爐尾部煙氣溫(wen)度(du)低于400℉(204℃)時(shi)，幾乎(hu)全部SO3蒸(zheng)汽(qi)將變成硫酸蒸(zheng)汽(qi)。煙氣中硫酸蒸汽的凝結溫度即為酸露點，當煙氣溫度降低到酸露點以下，硫酸蒸汽將冷凝成液態。當冷凝在煙氣中發生，稱為均相冷凝;當冷凝在飛灰顆粒或金屬壁面等氣-固表面時發生，稱為非均相冷凝。一般將飽和度S定義為硫酸蒸汽分壓和同溫度下飽和硫酸蒸汽分壓之比。當S>1稱為過飽和，S<1稱為未飽和。過飽和度遠大于1、且沒有足夠的固相表面時，將產生硫酸自成核，也就是在氣相中直接產生酸性霧滴，其成核溫度一般比較低，霧滴粒徑非常細小;當過飽和度S小于5時，在飛灰或壁面上產生的即為異相冷凝，異相冷凝又分為兩種情況，一種是快速冷凝，一種是慢速冷凝。快速冷凝發生在脫硫塔內，煙氣中的硫酸蒸汽在溫度只有50℃左右的漿液液滴表面處，產生急冷效果，在20um厚度的液滴邊界層內，溫度降將超過70-80℃，過飽和度S大于10-15，此時將產生數量非常多的超細酸霧，粒徑大約只有0.3-0.5um。而煙氣通過非接觸式換熱器逐漸降溫到酸露點以下時，將產生慢速冷凝，這種情況下，具有大比表面積的飛灰發揮冷凝核作用，由于飛灰具有的總表面積遠大于換熱器殼體和管表面，硫酸蒸汽將優先在飛灰顆粒表面上冷凝，并與飛灰中的堿性金屬氧化物形成硫酸鹽。

　　圖2 低低溫(wen)靜(jing)電除(chu)塵技(ji)術原理示意圖

　　2)博奇的(de)換熱器技術

　　博奇先進的煙(yan)(yan)氣凈化系統(tong)的核心就是(shi)布置在(zai)空預(yu)器(qi)(qi)和靜電(dian)除塵(chen)器(qi)(qi)之間的煙(yan)(yan)冷(leng)器(qi)(qi)，如下圖所(suo)(suo)示，它為SO3提(ti)供了(le)理想的慢速冷(leng)凝(ning)場所(suo)(suo)。在(zai)煙(yan)(yan)冷(leng)器(qi)(qi)中，煙(yan)(yan)氣溫(wen)度從傳統(tong)的130-150℃降低85℃左右，幾乎所(suo)(suo)有(you)硫(liu)酸(suan)蒸汽，將選擇性的在(zai)飛灰表面(mian)冷(leng)凝(ning)，最終煙(yan)(yan)氣中的硫(liu)酸(suan)蒸汽量(liang)將大為減少，脫SO3率可達(da)到95%以上。另(ling)一方面(mian)，飛灰表面(mian)吸收了(le)SO3后，比(bi)電(dian)阻(zu)大幅度降低，可以通過(guo)后續的干式靜電(dian)除塵(chen)器(qi)(qi)脫除。

　　圖(tu)3 低(di)(di)低(di)(di)溫(wen)靜電除(chu)塵 技術(shu)脫SO3原(yuan)理圖(tu)

　　圖(tu)4 煙氣(qi)控制(zhi)系統不同溫度下SO3的脫除情況

　　圖5 美(mei)國某電廠進(jin)(jin)行的(de)傳統(tong)煙氣處理(li)系(xi)統(tong)和先進(jin)(jin)低低溫系(xi)統(tong)現場測試(shi)結果(guo)

　　2014年，博奇的低低溫靜電除塵技術在廣東平海電廠1#機組(1000MW)上獲得成功應用，SO3排放濃度<1ppm(3.57mg/Nm3), 煙塵排放濃<10mg/Nm3。

　　3)換熱器防腐設計

　　低低溫(wen)靜電除塵(chen)器(qi)(qi)(qi)的(de)換(huan)熱器(qi)(qi)(qi)可以(yi)控(kong)制金屬壁面腐蝕(shi)。通過大量的(de)實驗證明(ming)，只(zhi)要控(kong)制灰(hui)硫比在一定范圍，飛灰(hui)足以(yi)吸收煙氣中(zhong)絕大部分SO3，保證換(huan)熱器(qi)(qi)(qi)始終處于干態環(huan)(huan)境(jing)，(如(ru)下圖所示，其中(zhong)的(de)藍(lan)色線為干濕(shi)環(huan)(huan)境(jing)交界線)：

　　圖6 低低溫煙(yan)氣處理(li)系統控制換熱面腐蝕的原理(li)

　　低低溫靜電(dian)除(chu)塵器(qi)通(tong)過有(you)效控制(zhi)可使換熱(re)器(qi)始終處于遠(yuan)離干濕環(huan)境交界線的干態(tai)(tai)環(huan)境，有(you)效避(bi)免低低溫運行條件下(xia)換熱(re)器(qi)的腐蝕現象。下(xia)圖顯示博奇設計的低低溫換熱(re)器(qi)，其(qi)材(cai)質為普通(tong)碳鋼(gang)，但運行1年后(hou)依(yi)然保持(chi)無腐蝕的清潔狀態(tai)(tai)。

　　圖7 換熱(re)管在某電(dian)廠運行1年后

　　4.1.2脫除(chu)粉塵

　　1)傳統靜電除塵器(qi)的局(ju)限(xian)

　　火電(dian)(dian)廠(chang)目(mu)前安裝的除(chu)塵設備中，電(dian)(dian)除(chu)塵器占95%，在應對新(xin)環保標準方面(mian)，傳(chuan)統靜電(dian)(dian)除(chu)塵器面(mian)臨諸多困難。

　　a) 受煤(mei)、飛(fei)灰成分影響大：ESP適(shi)應的煙塵(chen)比電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)范圍在104-1011Ω˙cm之間(jian)，比電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)過(guo)低(di)，荷(he)電(dian)(dian)(dian)煙塵(chen)達(da)到集(ji)塵(chen)極很(hen)快釋放電(dian)(dian)(dian)荷(he)，容易(yi)(yi)從極板上(shang)返回氣流;比電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)過(guo)大，荷(he)電(dian)(dian)(dian)粒子在集(ji)塵(chen)極上(shang)緩慢(man)釋放電(dian)(dian)(dian)荷(he)，煙塵(chen)積累容易(yi)(yi)產生反(fan)電(dian)(dian)(dian)暈現象。飛(fei)灰比電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)取決(jue)于煤(mei)的含(han)硫量(liang)(liang)、水分和飛(fei)灰堿性金屬含(han)量(liang)(liang)等因素，一般低(di)硫煤(mei)比電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)高于高硫煤(mei)。

　　b) 受操作溫(wen)(wen)度(du)(du)影(ying)響大：傳統ESP的操作溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)130-150℃，該(gai)溫(wen)(wen)度(du)(du)區飛(fei)灰比電(dian)阻處(chu)于(yu)高位。

　　c) 對細(xi)顆(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)捕(bu)集效率不高：根據Detusch方(fang)程，ESP的(de)(de)(de)效率取決于荷電(dian)粒(li)(li)(li)子在(zai)電(dian)場(chang)中的(de)(de)(de)遷移速(su)度，為提高該遷移速(su)度，需要增加電(dian)場(chang)電(dian)壓(ya)，這容易(yi)導致ESP產(chan)生電(dian)火花(hua)，產(chan)生火花(hua)的(de)(de)(de)電(dian)壓(ya)即ESP的(de)(de)(de)極(ji)限(xian)電(dian)壓(ya)，電(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)限(xian)制(zhi)導致細(xi)顆(ke)粒(li)(li)(li)特別是(shi)小于0.1-5um顆(ke)粒(li)(li)(li)能夠(gou)逃(tao)離ESP。

　　2)低低溫靜電除塵器的優勢(shi)

　　影(ying)響(xiang)電(dian)(dian)除塵(chen)(chen)器(qi)性能(neng)的因(yin)素有(you)很多，包括煙氣性質(zhi)、飛灰特性、除塵(chen)(chen)器(qi)結構和運行條件(jian)等，其中比電(dian)(dian)阻(zu)的影(ying)響(xiang)較為突出。如下(xia)圖所示，比電(dian)(dian)阻(zu)在(zai)104-1011Ω˙cm之間，最(zui)適合電(dian)(dian)除塵(chen)(chen)器(qi)收塵(chen)(chen)，否則除塵(chen)(chen)效率(lv)將急劇下(xia)降。

　　圖8 飛灰比電阻與靜電除(chu)塵效率(lv)關系曲線

　　飛灰導(dao)(dao)電(dian)(dian)機制可以看成體(ti)積導(dao)(dao)電(dian)(dian)和表(biao)面(mian)導(dao)(dao)電(dian)(dian)的綜(zong)合。當煙氣溫(wen)度(du)(du)超過200℃時(shi)，以體(ti)積導(dao)(dao)電(dian)(dian)為主(zhu)，主(zhu)要(yao)依靠灰中堿金屬(shu)離子導(dao)(dao)電(dian)(dian);當溫(wen)度(du)(du)低(di)于150℃時(shi)，以表(biao)面(mian)導(dao)(dao)電(dian)(dian)為主(zhu)，主(zhu)要(yao)依靠飛灰顆粒吸附的水膜和酸膜導(dao)(dao)電(dian)(dian)。如下圖所示，傳(chuan)統靜電(dian)(dian)除(chu)塵器的操(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)(du)在130-150℃之間，此(ci)時(shi)飛灰的比(bi)電(dian)(dian)阻(zu)最高(gao)，而低(di)低(di)溫(wen)靜電(dian)(dian)除(chu)塵器操(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)(du)只有85℃左(zuo)右，大(da)幅度(du)(du)降低(di)了飛灰比(bi)電(dian)(dian)阻(zu)，使靜電(dian)(dian)除(chu)塵器依然(ran)能高(gao)效收塵。

　　圖9 飛灰比電阻與(yu)煙氣溫度曲線

　　下(xia)面(mian)將結合靜(jing)(jing)電除(chu)(chu)塵(chen)效率的經典(dian)德(de)意(yi)希公式，繼續分析低(di)低(di)溫靜(jing)(jing)電除(chu)(chu)塵(chen)器高效除(chu)(chu)塵(chen)的機理：

　　其中：為趨(qu)進速度，單位m/s

　　A：為總(zong)集塵面(mian)積，單位m2

　　Q：為氣(qi)體流量，單(dan)位(wei)m3/s

　　從(cong)上述公式可以看到，在煙塵入口濃(nong)度(du)不變，靜電除塵器總集塵面積相同(tong)條件下，出口煙塵濃(nong)度(du)與趨進速度(du)和體積流量呈指數關(guan)系(xi)。

　　當(dang)煙(yan)(yan)氣溫度從(cong)150℃降(jiang)低到85℃，煙(yan)(yan)氣體積(ji)將減少(shao)16%左右，在相同條件(jian)下，意(yi)味著(zhu)比(bi)集塵面積(ji)提高(gao)了16%。

　　另一(yi)方面，飛(fei)灰(hui)的趨進速度與煤質、飛(fei)灰(hui)成分及物理性質、電(dian)場特征等因素有(you)關。在燃煤電(dian)廠已有(you)的測試表明(ming)，煙氣溫(wen)度由150℃降低到85℃左右(you)，飛(fei)灰(hui)趨進速度可增加70%左右(you)。

　　4.1.3 余熱利用(yong)

　　排(pai)煙熱(re)損(sun)(sun)失(shi)(shi)(shi)是鍋(guo)爐運(yun)行中最重要的(de)一項(xiang)熱(re)損(sun)(sun)失(shi)(shi)(shi)，占鍋(guo)爐總輸入(ru)熱(re)量(liang)的(de)5-8%，占鍋(guo)爐總熱(re)損(sun)(sun)失(shi)(shi)(shi)的(de)70-80%，一般排(pai)煙溫(wen)度(du)增(zeng)加(jia)12-15℃，排(pai)煙熱(re)損(sun)(sun)失(shi)(shi)(shi)將增(zeng)加(jia)1%，鍋(guo)爐效率(lv)降低1%，煤(mei)耗(hao)也(ye)相應增(zeng)加(jia)。

　　一般(ban)電廠為保護尾部(bu)煙道、設備不受(shou)腐蝕，必須將煙氣溫度控制(zhi)在酸露點以上(shang)。按照國內常規設計(ji)，煙氣溫度需要在酸露點以上(shang)5-10℃左右，因此空預器(qi)出口煙氣溫度通常設定為120-130℃。但濕法脫硫工藝中吸收塔中的煙氣是為絕熱飽和溫度(等焓過程)，一般這個絕熱飽和溫度為50℃左右，故進入濕法煙氣的溫度只要大于此溫度即可;通常脫硫入口溫度為80℃左右，由此可見，從120-130℃到80℃這個區間的熱能白白浪費了。

　　低低溫靜(jing)電(dian)(dian)除塵技術，在(zai)換熱器中(zhong)可(ke)(ke)以脫除絕大部分SO3，使(shi)得煙氣酸露點大幅度降低，從而可(ke)(ke)以使(shi)電(dian)(dian)廠回收85℃以上的(de)排煙熱損失，給電(dian)(dian)廠帶來節能減排的(de)多重(zhong)效益。

　　4.1.4工藝流程(cheng)

　　圖(tu)10低低溫(wen)靜電除塵技術(shu)工藝流程圖(tu)

　　低(di)低(di)溫靜電(dian)除(chu)塵(chen)的(de)(de)工藝流程如(ru)上(shang)圖(tu)所示(shi)，鍋爐(lu)燃燒排放的(de)(de)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)經過(guo)空預器(qi)(qi)(qi)(qi)，流經布置在煙(yan)(yan)道(dao)內(nei)的(de)(de)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)換熱(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)，煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)余熱(re)被換熱(re)管內(nei)流動的(de)(de)凝結水吸收(shou)，煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)溫度(du)從128℃降(jiang)低(di)到85℃，捕集(ji)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)SO3，達到降(jiang)低(di)飛灰比(bi)電(dian)阻、脫除(chu)SO3的(de)(de)雙重目的(de)(de)。安裝在煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)換熱(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)吹灰器(qi)(qi)(qi)(qi)根據煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)冷卻器(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)損變化情況自動啟(qi)動吹灰，保證換熱(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)換熱(re)效果及(ji)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)損。降(jiang)溫后煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)進(jin)入靜電(dian)除(chu)塵(chen)器(qi)(qi)(qi)(qi)，由(you)于煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)溫度(du)降(jiang)低(di)了(le)43℃，入口(kou)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)(qi)體積減少(shao)11%，在保留(liu)原(yuan)有(you)靜電(dian)除(chu)塵(chen)器(qi)(qi)(qi)(qi)入口(kou)截面積和總收(shou)塵(chen)面積不(bu)變情況下(xia)(xia)，比(bi)集(ji)塵(chen)面積增加(jia)11%，同時(shi)(shi)煙(yan)(yan)塵(chen)流速減少(shao)，在靜電(dian)除(chu)塵(chen)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)停(ting)留(liu)時(shi)(shi)間也(ye)相應增加(jia)，最終靜電(dian)除(chu)塵(chen)器(qi)(qi)(qi)(qi)收(shou)塵(chen)效率(lv)將(jiang)由(you)原(yuan)來的(de)(de)99.68%提高到99.89%，出口(kou)含塵(chen)濃(nong)度(du)降(jiang)低(di)到15mg/Nm3以下(xia)(xia)。

　　從煙氣回(hui)收(shou)的余熱(re)(re)(re)可(ke)(ke)以(yi)有(you)多種(zhong)利用(yong)途徑(jing)，既可(ke)(ke)以(yi)用(yong)于煙氣再(zai)加熱(re)(re)(re)，提(ti)升脫硫塔出口(kou)(kou)煙氣溫(wen)度(du)到80℃左右，也可(ke)(ke)以(yi)通過(guo)熱(re)(re)(re)媒冷卻(que)器(qi)(qi)與(yu)(yu)鍋爐給水(shui)、一次風等進(jin)行(xing)間接換熱(re)(re)(re)，還可(ke)(ke)以(yi)直接從鍋爐某級低壓(ya)加熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)引出冷凝(ning)水(shui)，吸收(shou)煙氣余熱(re)(re)(re)后，冷凝(ning)水(shui)返(fan)回(hui)下一級低壓(ya)加熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)。通過(guo)設(she)置(zhi)在煙氣換熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)進(jin)口(kou)(kou)的熱(re)(re)(re)水(shui)循(xun)環(huan)泵增壓(ya)實現熱(re)(re)(re)煤(mei)水(shui)在換熱(re)(re)(re)管(guan)內(nei)的循(xun)環(huan)流(liu)動。熱(re)(re)(re)水(shui)循(xun)環(huan)泵入(ru)口(kou)(kou)前可(ke)(ke)安(an)裝熱(re)(re)(re)媒膨(peng)脹(zhang)箱(xiang)，用(yong)來緩(huan)沖凝(ning)結水(shui)溫(wen)度(du)變化，并適時補(bu)充新鮮(xian)凝(ning)結水(shui)，當熱(re)(re)(re)媒水(shui)來自(zi)鍋爐凝(ning)結水(shui)時，可(ke)(ke)不考慮安(an)裝膨(peng)脹(zhang)箱(xiang)。為有(you)效(xiao)調(diao)節(jie)低低溫(wen)系統的正(zheng)常(chang)高(gao)效(xiao)運行(xing)，在熱(re)(re)(re)水(shui)循(xun)環(huan)泵出口(kou)(kou)與(yu)(yu)煙氣換熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)入(ru)口(kou)(kou)、出口(kou)(kou)之間分別設(she)置(zhi)調(diao)節(jie)閥，用(yong)于調(diao)節(jie)凝(ning)結水(shui)水(shui)入(ru)口(kou)(kou)流(liu)量和(he)換熱(re)(re)(re)管(guan)壁(bi)溫(wen)。

　　4.2 濕式靜電除塵(WESP)技術(shu)

　　靜(jing)電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)(ESP)是(shi)含塵(chen)(chen)(chen)氣(qi)體(ti)在通過(guo)(guo)高壓(ya)電(dian)(dian)(dian)場(chang)發生電(dian)(dian)(dian)離的(de)(de)過(guo)(guo)程中(zhong)，塵(chen)(chen)(chen)粒(li)荷電(dian)(dian)(dian)，并(bing)在電(dian)(dian)(dian)場(chang)力(li)的(de)(de)作用下，向集塵(chen)(chen)(chen)極遷移并(bing)從(cong)氣(qi)流中(zhong)分離出來的(de)(de)技術。由于靜(jing)電(dian)(dian)(dian)力(li)直(zhi)接作用在粒(li)子上，ESP具有能耗低(di)、氣(qi)流阻力(li)小的(de)(de)特(te)點(dian)，對亞微(wei)米級顆粒(li)也能有效捕集，能在高溫、腐蝕等(deng)環境中(zhong)工作，因此被廣泛應用在鋼鐵、冶金(jin)、電(dian)(dian)(dian)力(li)等(deng)領域，在燃煤電(dian)(dian)(dian)廠(chang)有超過(guo)(guo)90%的(de)(de)占有率。但是(shi)傳統(tong)的(de)(de)干法靜(jing)電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)(DESP)具有三(san)大局限性：受(shou)粉塵(chen)(chen)(chen)比電(dian)(dian)(dian)阻影響、對亞微(wei)米顆粒(li)捕集效率降(jiang)低(di)、在振打清灰(hui)時(shi)產生二次飛(fei)揚，在環保部門收緊火電(dian)(dian)(dian)廠(chang)大氣(qi)污染(ran)物排(pai)放標準(zhun)時(shi)，超過(guo)(guo)40%的(de)(de)現役電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)面臨(lin)改造。

　　濕(shi)式(shi)(shi)靜(jing)(jing)電除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)器1907年(nian)出現，距今已有100多年(nian)歷(li)史。WESP技術的(de)基本原理與干(gan)法(fa)靜(jing)(jing)電除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(DESP)相同(tong)，兩(liang)種(zhong)靜(jing)(jing)電除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)方式(shi)(shi)最大的(de)不(bu)同(tong)是清灰，干(gan)式(shi)(shi)靜(jing)(jing)電除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)依靠機(ji)械或(huo)電磁振(zhen)打產生的(de)振(zhen)打加速度清灰，而濕(shi)式(shi)(shi)電除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)則依靠在集塵(chen)(chen)板表面(mian)形(xing)成的(de)水膜沖洗飛灰。由(you)于濕(shi)式(shi)(shi)電除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)不(bu)受粉塵(chen)(chen)比(bi)電阻影響(xiang)，集塵(chen)(chen)板上不(bu)積(ji)灰，因(yin)(yin)此(ci)可以(yi)在更高(gao)的(de)操作(zuo)電壓下運行(xing)，這意(yi)味著除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)效率可以(yi)提高(gao)，煙(yan)氣停留(liu)時間(jian)(jian)可以(yi)減少，而除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)器體積(ji)可以(yi)縮小，因(yin)(yin)此(ci)WESP被廣泛應用于化(hua)工、鋼鐵(tie)、玻(bo)璃制(zhi)造等領域(yu)。WESP有兩(liang)種(zhong)布置方式(shi)(shi)，一(yi)種(zhong)是安裝(zhuang)在DESP之后(hou)，形(xing)成干(gan)濕(shi)混合除(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)器，一(yi)種(zhong)是安裝(zhuang)在FGD之后(hou)，可以(yi)獨(du)立布置在FGD和煙(yan)囪之間(jian)(jian)，也可以(yi)與FGD合為一(yi)體，替代傳統(tong)的(de)除(chu)(chu)(chu)霧(wu)器布置在脫硫塔之上。

　　上(shang)世(shi)紀80年代以后，美國、德國、日本等就WESP應用于燃煤電(dian)廠進行了許多小型和大(da)規模測試。結(jie)果表明，WESP具有如下特點：

　　(1)高(gao)效脫除(chu)PM2.5：普通的(de)(de)DESP對(dui)0.5-1um的(de)(de)顆粒存在穿(chuan)透窗口，捕集效率最小，而濕式電(dian)(dian)除(chu)塵由于(yu)操作(zuo)電(dian)(dian)壓高(gao)、電(dian)(dian)流密度大，對(dui)可(ke)過濾的(de)(de)PM2.5脫除(chu)效率在90%以(yi)上。

　　(2)高效(xiao)(xiao)脫(tuo)除SO3：煙(yan)(yan)氣中(zhong)的(de)(de)(de)SO3有兩個來(lai)源，鍋爐和鍋爐尾部(bu)煙(yan)(yan)氣中(zhong)約(yue)1-2%的(de)(de)(de)SO2氧化成SO3，SCR脫(tuo)硝催化劑上約(yue)1%的(de)(de)(de)SO2被催化氧化成SO3。SO3在(zai)濕法脫(tuo)硫塔內降溫吸水形成硫酸(suan)霧(wu)滴(di)，這種霧(wu)滴(di)的(de)(de)(de)質量中(zhong)位徑只有0.08um，常規濕法脫(tuo)硫對其(qi)脫(tuo)除效(xiao)(xiao)果有限(xian)，排放(fang)后將產生藍色煙(yan)(yan)羽，造成濁度問題(ti)，是(shi)大氣中(zhong)可(ke)冷凝PM2.5(Condensable PM2.5)的(de)(de)(de)重要來(lai)源。傳(chuan)統DESP操(cao)作溫度在(zai)酸(suan)露點之(zhi)上，因此難(nan)以起到控制(zhi)SO3排放(fang)的(de)(de)(de)作用，而三電場(chang)WESP對SO3引起的(de)(de)(de)酸(suan)霧(wu)脫(tuo)除效(xiao)(xiao)率可(ke)達(da)到90%以上。

　　(3)協同脫汞(gong)：小規模的測試(shi)表明，WESP對顆粒汞(gong)、二價汞(gong)和元素汞(gong)均(jun)有顯著的脫除效(xiao)果，效(xiao)率(lv)分別為(wei)(wei)64%、77%和44%。對元素汞(gong)的脫除效(xiao)率(lv)高于預期，可(ke)能是電(dian)暈放電(dian)過(guo)程產生的氧化性成(cheng)分將部分元素汞(gong)氧化為(wei)(wei)二價汞(gong)，最后通(tong)過(guo)濕(shi)法ESP脫除。

　　(4)脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)其他重(zhong)(zhong)金(jin)屬：由于煤中的重(zhong)(zhong)金(jin)屬大部分隨煙(yan)氣排放，鉻、鎘、鉛、錳等非(fei)汞重(zhong)(zhong)金(jin)屬排放也(ye)不容(rong)忽視。而這些重(zhong)(zhong)金(jin)屬絕大多(duo)數(shu)富集在(zai)飛(fei)灰顆粒(li)上，粒(li)徑越細，重(zhong)(zhong)金(jin)屬含量越高。當WESP高效脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)PM2.5類細顆粒(li)物(wu)時，非(fei)汞類重(zhong)(zhong)金(jin)屬的脫(tuo)(tuo)(tuo)除(chu)效率(lv)也(ye)相應達到90%以上。

　　WESP在(zai)燃(ran)(ran)煤電(dian)廠(chang)的應(ying)用最早在(zai)1986年，主要解決高硫煤、高硫燃(ran)(ran)油機(ji)組的排放要求，目前在(zai)美國有2臺(tai)、加拿大4臺(tai)、日(ri)本30多臺(tai)運行(xing)業(ye)績(ji)。最近隨著美國環保局將(jiang)PM2.5、汞納入監(jian)管范圍，將(jiang)SO3納入可冷凝(ning)顆粒物，置于Total PM名目下進行(xing)監(jian)管，并(bing)計劃對(dui)非汞有害(hai)金(jin)屬進行(xing)監(jian)管，有不少(shao)電(dian)廠(chang)開始在(zai)FGD之后建(jian)設WESP，作為PM2.5、SO3、汞、其(qi)他重(zhong)金(jin)屬的多污染同時控制手段。

　　5 結論與建議

　　1.燃煤電(dian)廠(chang)(chang)PM2.5污染物78% 是屬于可(ke)冷凝顆粒(li)物，也就是SO3等(deng)酸(suan)(suan)性氣體形成的(de)酸(suan)(suan)霧，只有(you)22% 屬于可(ke)過濾(lv)的(de)顆粒(li)物;因此，燃煤電(dian)廠(chang)(chang)PM2.5的(de)控(kong)制主要是SO3 mist的(de)控(kong)制。

　　2.控(kong)制SO3 mist 的主要方案是(shi)低低溫電除塵(chen)系統(tong)和濕(shi)式靜(jing)電除塵(chen)器。

　　3.建(jian)議在推廣燃煤電(dian)廠超(chao)低排放(fang)(fang)標準時，增(zeng)加對SO3量(liang)的排放(fang)(fang)限制(zhi)(zhi)值，并且(qie)將SO3作為總粉塵排放(fang)(fang)量(liang)的計(ji)量(liang)值，從而(er)有效(xiao)控制(zhi)(zhi)燃煤電(dian)廠PM2.5的排放(fang)(fang)濃度。

　　信息來源：2015年電力行業節能環保論壇暨技術應用交流會論文集

　　(來源:電力行業節能環保公眾服務平臺 作者:張孔瑜 曾之俊)