燃煤烟气中SO3浓度对湿式电除尘器的影响

陈招妹，刘含笑，孟银灿，刘美玲，郭高飞

（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨 311800）

1 引言

随着我国燃煤电厂烟气超低排放的全面施行，NOx、SO2、颗粒物等常规烟气污染物排放得到了较好的控制，但SO3作为蓝色烟羽形成的主因，其问题却日渐突出。燃煤电厂烟气中的SO3来源主要是，煤在燃烧过程中，绝大部分的硫被氧化成SO2，其中，0.5%～1.5%的SO2会被进一步氧化成SO3，另一部分在SCR脱硝设备中会被进一步催化氧化成SO3[1、2]。燃煤电厂烟气中含有SO3易造成设备腐蚀、空预器堵塞等问题，通过烟囱排放后，还会形成酸雨，导致土壤酸化和建筑材料腐蚀。

近年来，越来越多的专家学者针对SO3的脱除问题做了大量研究工作。湿式电除尘器（WESP）作为超低排放的主力设备之一，针对其脱除SO3的性能研究也非常多。WESP通常布置在湿法脱硫（WFGD）后，作为燃煤电厂烟气末端的精处理设备，能除去脱硫塔后湿气体中的颗粒物、SO3酸雾等。WESP一般能脱除60%以上的SO3，最高可达90%以上，使烟气的不透明度降低至10%以下，烟羽的浊度近乎为零[2、3]。

湿式电除尘技术能够有效脱除SO3，但当进入湿式电除尘器的SO3浓度达到一定程度后，反而会影响WESP的正常运行。研究发现，湿法脱硫后的SO3是以气溶胶的形式存在，在进入湿式电除尘器后，易造成电晕封闭现象，当浓度越来越高时，电晕封闭现象也越加明显，从而影响WESP的放电特性，降低收尘效率[5～8]。

2 湿式电除尘器的脱除机理

湿式电除尘技术的收尘原理与干式电除尘技术基本相同[4]，其主要区别是清灰方式的不同，干式电除尘器一般采用振打的清灰方式，而湿式电除尘器一般采用连续喷淋或液膜自流加间歇喷淋的清灰方式。

WESP工作时，放电极在高压直流电的作用下，将周围的气体分子电离成电子和正离子，然后通过电场荷电和扩散荷电两种方式使颗粒物荷电，荷电粒子在电场力的作用下向集尘极运动，在高湿情况下，集尘极表面会形成均匀的液膜（连续喷淋也会形成液膜），荷电粒子被液膜捕获并带走。而采用连续喷淋的WESP，喷出的水雾既能捕获微细颗粒物又能降其电阻率，有利于颗粒物向极板移动，所以对微细颗粒物有更好的捕集效果。

3 湿式电除尘器对SO3的脱除效率

湿式电除尘器作为燃煤电厂的末端烟气的精处理设备，既可以高效脱除细颗粒物，又能够实现SO3的协同脱除，最高效率可达90%以上。在我国的超低排放改造过程中，得到了大规模的运用。目前，我国主流的湿式电除尘技术主要有两种：金属板式WESP和导电玻璃钢管式WESP，各有其优缺点。其中，金属板式WESP具有结构简单可靠等优点，是目前应用较为广泛的一种技术。

针对WESP对SO3的脱除效率，跟踪测试了几个项目的SO3排放情况，表1为湿式电除尘器对SO3脱除效率的实测数据。

表1 湿式电除尘器对SO3的脱除效果

从表1可看出，湿式电除尘器对于SO3有良好的脱除效率，因机组以及项目的实际需要，列举的湿式电除尘器对SO3的脱除效率基本都达到了60%以上，部分能达到85%。据雒飞等[5]研究湿式电除尘对PM2.5/SO3酸雾脱除特性的试验发现，湿式电除尘器进口烟气中的SO3主要以亚微米雾滴的形式存在，脱除效率在30%～60%，但提高电压和入口SO3酸雾浓度均有利于提高SO3酸雾的脱除效率。另据杨正大等[6]研究发现，在湿式电除尘器的烟气流速为3.6m/s的条件下，不同极配方式的湿式电除尘器对SO3的脱除效率均小于75%，当降低到2.4m/s时，选择合适的极配型式及喷淋方法，湿式电除尘器对SO3的脱除效率可达到90.1%。

4 高浓度SO3对湿式电除尘器的影响

4.1 SO3对湿式电除尘器的影响研究

一定浓度的SO3对干式电除尘器的收尘有一定的促进作用，装有低低温的干式电除尘器，往往收尘效果会有所提高，同时也可协同脱除烟气中大量的SO3。

对于湿式电除尘器而言，进入湿式电除尘器的烟气中的SO3以酸雾的形式存在，其颗粒粒径一般低于0.1μm，当浓度过高时，荷电的颗粒物形成的负离子将形成空间电荷滞留于电场中，从而影响粉尘荷电，进而影响湿式电除尘器的性能。国内某660MW机组燃用含硫3%～4%的高硫煤，运行后湿式电除尘器的第一电场电流与空载时相比，电流由1230mA降至11mA，造成湿式电除尘器无法正常投运[7]。

在高浓度SO3酸雾的氛围下，Huang等[8]的研究发现，在不同电场参数下湿式电除尘器对硫酸雾协同脱除时，在放电过程中出现了超细气溶胶形成的现象。杨正大等[6]通过试验发现，当SO3浓度由一定的浓度提高至5倍后，湿式电除尘器的运行电晕电流下降了83.1%。

以上研究表明，高浓度的SO3会对湿式电除尘器的运行电流造成影响，且浓度越高，运行电流越低。

4.2 高浓度SO3的湿式电除尘器实际运行案例

调研对象为山东某电厂700MW机组的湿式电除尘器，该机组设计燃用煤种含硫量3.2%，设计燃煤量279t/h。

调研时，实际运行时的燃用煤质含硫量约为2.3%，运行机组负荷为600MW，考虑到节能以及湿式电除尘器运行的稳定性等因素，在保证出口排放达标的情况下对湿式电除尘器进行了一定程度的限流，当日烟囱出口排放情况为SO2：19.968mg/m3；NOx：31.804mg/m3；颗粒物：0.481mg/m3。湿式电除尘器运行的二次电流电压情况见表2。

表2 湿式电除尘器对SO3的脱除效果

通过对以上数据的整理并结合机组当时的运行情况，可得出结论：随着进入湿式电除尘器各个电场的SO3浓度及粉尘浓度的降低，电场运行的二次电流显著升高。

结合张雪峰[7]等的研究结果，粉尘和SO3的存在都会对湿式电除尘器的电晕电流造成影响，但粉尘对电晕电流的影响较小，试验结果显示，仅降低2.4%～3.5%。因此可得出，随着SO3浓度的提高，湿式电除尘器运行的二次电流值会降低。

5 其他脱除SO3的方式

WESP虽然可以脱除60%以上的SO3，但当SO3浓度过高时，反而会影响WESP的正常运行，且WESP作为终端把关设备，无法解决前端设备的堵塞及腐蚀问题，因此，对于高硫煤机组，建议采用前端SO3脱除技术。

在国外，利用喷射碱性吸收剂方式脱除SO3的技术已广泛应用，在我国也有多家企业作了相关研究，并建立了试验装置或工程案例。较常用的碱性吸收剂主要有CaO、Ca(OH)2、CaCO3、MgO、Mg(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等。喷射的主要方法有两种，一是采用干粉直接喷射，另一种采用溶液喷射。这两种方式各有优缺点，喷射干粉的成本较低，但效率也略低；溶液喷射主要采用钠盐，相对成本较高，脱除SO3的效率也较高。

此外，选择喷射点的位置不同，所解决的问题也不同，而各个喷射点位置的温度也不相同，导致各种吸收剂的效果也大不相同。目前急需研究出不同SO3吸收剂所处的最佳吸收温度区间，以便能够提高SO3的脱除效率，并节约成本。

6 结语

（1）WESP基于其特殊的清灰方式和技术特点，可作为燃煤电厂粉尘精处理系统的技术装备使用，能有效脱除燃煤电厂烟气中的SO3，脱除效率至少达到60%以上。

（2）烟气中高浓度的SO3会影响湿式电除尘器正常运行，随着SO3浓度的提高，湿式电除尘器运行的二次电流值会降低。

（3）结合研究内容及工程经验，建议燃用中高硫煤的电厂（煤质含硫量Sar≥2%，或者WESP入口SO3浓度高于80mg/m3），为保证湿式电除尘器的正常运行，考虑增加其他设备协同脱除SO3，以确保湿式电除尘器入口处的SO3浓度达到燃用低硫煤的标准。