應用水汽相變促進濕法脫硫凈煙氣中PM2.5和SO3酸霧脫除的研究

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:在石灰石-石膏法脫硫凈煙氣中分別采用添加適量蒸汽和濕空氣方式建立PM2.5和SO3酸霧凝結長大所需的過飽和水汽環(huán)境，在測試分析濕法脫硫凈煙氣中PM2.5及SO3酸霧物性的基礎上，考察了蒸汽及濕空氣添加量、脫硫凈煙氣溫度等的影響。

結果表明，濕法脫硫凈煙氣中PM2.5除含有燃煤飛灰外，含CaSO4、CaSO3及未反應的CaCO3等組分;由于SO3酸霧基本處于亞微米級粒徑范圍，濕法煙氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)對SO3酸霧的脫除率僅為35%-55%;添加適量蒸汽及濕空氣方式均可促進濕法脫硫凈煙氣中PM2.5和SO3酸霧脫除，最終排放濃度隨蒸汽或濕空氣添加量的增加而降低，其中，添加蒸汽方式適合于脫硫凈煙氣溫度較低(≤50-55℃)的場合，在脫硫凈煙氣溫度較高(≥55-60℃)時，利用添加濕空氣方式替代添加蒸汽更具技術經(jīng)濟優(yōu)勢。

關鍵詞:濕法脫硫;PM2.5;SO3酸霧;水汽相變;脫除

目前，中國大部分燃煤電站已安裝煙氣脫硫裝置，85%以上為石灰石-石膏濕法脫硫工藝，煙氣治理流程大多為煙氣經(jīng)SCR脫硝、電除塵后進入濕法煙氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)，最后由煙囪排入大氣環(huán)境。因此，WFGD系統(tǒng)出口PM2.5濃度與排入大氣環(huán)境的PM2.5量直接相關，降低脫硫凈煙氣中PM2.5濃度是控制燃煤電站PM2.5排放的重要措施。

一般情況下，脫硫凈煙氣中PM2.5物性除與脫硫塔入口煙氣中PM2.5有關外，還與濕法煙氣脫硫過程相關。借助脫硫漿液的洗滌作用，雖然WFGD系統(tǒng)可協(xié)同脫除煙氣中的部分PM2.5，但由于同時存在脫硫漿液霧化夾帶、脫硫產(chǎn)物結晶析出，以及各種氣-液、氣-液-固脫硫反應等物化過程，本身又可能會形成PM2.5，使得煙氣經(jīng)濕法脫硫后PM2.5排放特征可能產(chǎn)生顯著變化[1-4]。

以石灰石-石膏法為例，在脫硫漿液霧化噴淋中，細小的脫硫漿液有可能被煙氣直接攜帶出脫硫系統(tǒng)或蒸發(fā)析出細小晶粒隨煙氣帶出，石膏結晶過程中也會形成非常細小的晶粒并有可能帶出脫硫系統(tǒng)。王暉等[1]、Meij等[2]分析發(fā)現(xiàn)，石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)出口顆粒物基本為PM2.5，除燃煤飛灰外，石膏和未反應的石灰石等組分占50%以上。

除無機鹽微粒外，WFGD過程中還可形成SO3酸霧[5，6]，如Gooch等[5]分析認為，經(jīng)石灰石-石膏法脫硫后微粒濃度增加主要是由于形成SO3酸霧所致;SO3酸霧已成為導致WFGD系統(tǒng)后續(xù)設備腐蝕、煙氣拖尾現(xiàn)象的主要原因;同時，由于排入大氣環(huán)境后會進一步轉化為二次硫酸鹽氣溶膠，也是導致霧霾天氣的重要因素之一。

目前，世界各國主要采用在WFGD系統(tǒng)下游安裝濕式靜電除塵器(WESP)來捕集PM2.5和SO3酸霧，但投資運行費用較高，有必要探索其他控制途徑。除WESP外，基于過飽和水汽在微粒表面凝結特性(水汽相變)促使PM2.5及SO3酸霧長大，使其易于被后續(xù)除霧裝置捕集也是一種重要手段，特別適合于煙氣中水汽含量較高的過程[7-12];一般來說，脫硫凈煙氣大多接近或處于飽和狀態(tài)，溫度在45-65℃，較易實現(xiàn)細顆粒凝結長大所需的過飽和水汽環(huán)境。

欲使?jié)穹摿騼魺煔膺_到過飽和，最簡單易行的措施是添加飽和蒸汽，文獻[11，12]開展了添加蒸汽促進濕法脫硫凈煙氣中PM2.5脫除的實驗研究;此外，基于濕氣體飽和蒸汽壓和溫度之間的非線性關系，在濕法脫硫凈煙氣中添加適量濕空氣也可建立過飽和水汽環(huán)境，其原理與濕法脫硫凈煙氣排入大氣環(huán)境后產(chǎn)生白霧及暖濕氣流和冷空氣交匯產(chǎn)生降水相仿。

研究以燃煤鍋爐產(chǎn)生的含塵煙氣為對象，在測試分析濕法脫硫凈煙氣中PM2.5及SO3酸霧物性的基礎上，分別開展了在濕法脫硫凈煙氣中添加適量蒸汽及濕空氣方式促進PM2.5及SO3酸霧脫除的研究，以期針對不同的脫硫凈煙氣條件，獲得與之相適應的過飽和環(huán)境的建立方法，進而降低能耗。

1實驗部分

1.1實驗系統(tǒng)

實驗系統(tǒng)示意圖見圖1。

主要由全自動燃煤鍋爐、緩沖罐、電除塵器、石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)、增濕塔、測試控制系統(tǒng)等組成，煙氣額定體積流量為350m3/h。全自動燃煤鍋爐產(chǎn)生的含塵煙氣經(jīng)緩沖裝置由電除塵器脫除粗顆粒后，進入脫硫塔。脫硫塔采用三級噴淋結構，包含脫硫洗滌區(qū)和水汽相變區(qū)，塔徑200mm，總塔高5150mm;其中，水汽相變區(qū)設置在脫硫塔頂，高度為1000mm，水汽相變區(qū)入口設置折流板除霧器以去除脫硫凈煙氣夾帶的脫硫漿液粗液滴，水汽相變區(qū)頂部設置絲網(wǎng)除霧器，用于脫除凝結長大后的PM2.5及SO3酸霧。

分別采用在水汽相變區(qū)中添加適量蒸汽和濕空氣方式使脫硫凈煙氣達到過飽和，PM2.5和SO3酸霧發(fā)生凝結長大，并最終由安裝在塔頂?shù)母咝Ыz網(wǎng)除霧器脫除。促使脫硫凈煙氣達到過飽和所需的蒸汽、濕空氣分別由蒸汽發(fā)生器、增濕塔提供，通過調(diào)節(jié)與空氣接觸的恒溫水的溫度和流量，可以產(chǎn)生不同溫濕度的濕空氣。脫硫塔入口煙氣中SO3濃度采用自制的SO3發(fā)生裝置調(diào)控，該裝置利用SO2與O3間的氧化反應生成SO3，通過質(zhì)量流量計精確控制SO2、O3量，可精確調(diào)節(jié)SO3發(fā)生量。

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