作者 | 王鳳陽 呂海生 鐘犁 韓立鵬 江建忠 肖平

中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司

研究結果發現:

①控制冷凝法采樣過程中的過濾裝置和螺旋離心管對采樣準確性有重要影響，控制冷凝法采樣過程中宜采用撞擊除塵與過濾除塵相結合的方式;采樣過程中冷凝溫度控制宜實現實時調整，精確控制;

②控制冷凝-離子色譜法采樣溶液中含有的鹵素離子部分反映采樣誤差大小，可以根據其濃度相對高低來調整冷凝溫度以降低采樣誤差;

③SCR能夠強烈氧化煙氣中的二氧化硫生成三氧化硫,其濃度升高約3倍，空預器對三氧化硫的去除效率約為86%。

0引言

作為一種新興污染物，燃煤電廠的三氧化硫污染問題曰益受到關注。燃煤電廠煙囪排煙中三氧化硫質量濃度達到18mg/m3，煙氣會產生明顯肉眼可見的藍色，影響排煙透明度。

此外，由于三氧化硫會提高煙氣的酸露點，在煙氣降溫后，發生凝結，形成硫酸，對生產設備和管道產生腐蝕，特別是空氣預熱器和尾部煙道。闡明燃煤電廠三氧化硫的生成機制及在生產過程中的遷移轉化規律對于高效、低成本的實現三氧化硫的排放控制和削減對生產設備的負面影響至關重要。 煙氣中三氧化硫的濃度檢測是后續工作的基礎。

目前，煙氣中三氧化硫的測試方法主要以異丙醇吸收法和控制冷凝法為主。異丙醇吸收法以高濃度異丙醇溶液(80% )作為吸收液，煙氣在去除顆粒物之后通過吸收液，其中的三氧化硫被吸收，而二氧化硫則不發生氧化吸收，能夠通過吸收液。通過后續測定異丙醇吸收液中的硫酸根離子濃度，能夠計算得到煙氣中的三氧化硫濃度。

但在實際操作中，煙氣中的少部分二氧化硫會溶解于吸收液中，在被氧化成為三氧化硫后對測試結果產生影響。消除這一誤差的主要方式是對采樣過后的吸收液通過氮氣等惰性氣體吹掃去除其中的二氧化硫。控制冷凝法則是依靠可控溫度下離心力的作用來實現三氧化硫的分離捕集。煙氣在過濾顆粒物后進入螺旋離心管，煙氣在作旋轉運動的過程中，由于離心力作用，三氧化硫被捕集在螺旋離心管的管壁上，同時該離心管通過水浴加熱，控制溫度在65~80°C ,保證低于酸露點而高于水蒸氣和其他酸性氣體的露點。采樣結束后，使用高純水清洗螺旋離心管，通過測定高純水中的硫酸根離子濃度計算煙氣中三氧化硫的濃度。控制冷凝法是當前燃煤電廠煙氣三氧化硫的主要測試方法。研究普遍認為，煙氣中的三氧化硫主要來自于2部分：鍋爐爐膜內 0. 5% ~2%的二氧化硫轉化生成三氧化硫，選擇性催化還原裝置(SCR)催化0. 3% ~2%的二氧化硫生成三氧化硫。

可見，三氧化硫的測試環境包含整個燃煤電廠生產流程。然而，當前國內外對于燃煤電廠實際生產過程中的三氧化硫測試結果還較少，對于控制冷凝法在實際測試過程中相關具體技術問題的認識還不夠深入。因此，本文采用控制冷凝法對某燃煤電廠生產過程中不同煙氣環境條件下的三氧化硫濃度進行了測試，分析了控制冷凝法所面臨的技術問題，并提出了解決建議。

1測試情況

1.1 測試方法與設備

采用控制冷凝法對燃煤電廠煙氣三氧化硫進行采樣。控制冷凝法的原理如圖1所示。

                                          圖1 控制冷凝法采樣序列示意

首先煙氣經過一個過濾器去除其中的顆粒物，隨后進入到伴熱煙槍中被引出煙道，伴熱煙槍溫度維持在180℃，以避免煙氣中的成分，特別是三氧化硫在煙槍中發生凝結，影響到測量結果。

此后煙氣進入螺旋離心管，煙氣中的三氧化硫被捕集。螺旋離心管長度為500mm。螺旋離心管通過水浴加熱，溫度維持在65~75℃。在螺旋離心管之后，測試裝置布置有兩個3%濃度的H2O2吸收瓶吸收煙氣中的酸性氣體等雜質，一個硅膠瓶以去除氣體中的水分。

最后通過流量計和泵排入大氣。采樣流量為10L/min。在采樣結束后，停止水浴加熱，排空熱水，取下螺旋離心管，從煙氣流經的反方向使用高純水進行沖洗，重復3次。將沖洗得到的溶液統一收集至容器中，定容后保存在4℃下。本研究中采用離子色譜對溶液中的硫酸根離子濃度進行分析，計算煙氣中三氧化硫濃度。

1.2 測試燃煤電廠和測試點位

在某燃煤電廠機組上選取了4個不同的測試點位，對煙氣中三氧化硫濃度進行了采樣分析。

該機組裝機容量為360MW，主要生產流程為燃煤鍋爐、省煤器、SCR、空預器、靜電除塵器、石灰石-石膏濕法脫硫塔。為了考察不同煙氣環境下控制冷凝法的測試效果，選取SCR前、SCR后、空預器后和除塵器后4個測試點位。

考慮到SCR前代表了鍋爐出口煙氣三氧化硫濃度，反映了鍋爐內三氧化硫生成情況，SCR后代表了 SCR對二氧化硫的催化效果，空預器后和除塵器后則反映了空預器和除塵器對三氧化硫的捕集效果。4個測試點位煙氣溫度逐漸降低(350 ~ 140℃)，可以考察測試方法對采樣煙氣溫度的適應性。

此外，4個采樣點中，SCR前煙氣中含有高濃度的氮氧化物，而SCR后、空預器后和除塵器后的煙氣中氮氧化物濃度較低，且含有少量的氨，能夠反映煙氣成分變化對測試方法的影響。最后，前3個測試點位(SCR前后和空預器后)煙氣中含有高濃度的顆粒物，而除塵后則含有微量的顆粒物，能夠反映測試方法對含有不同顆粒物濃度的煙氣的適應性。

2測試結果與討論

2.1三氧化硫采樣過程討論

(1)過濾裝置

煙氣中三氧化硫的采樣和測定針對氣態三氧化硫進行。如果煙氣中含有顆粒物，在螺旋離心管中將與三氧化硫一起被捕集在管壁當中，經過高純水清洗之后，進入到最后的溶液中。對顆粒物來說，這相當于高純水浸出，顆粒物表面含有的硫酸根基團將進入溶液當中，對測定結果造成影響。因此，在測定中需要先去除煙氣中的顆粒物。

在之前的研究中，通常采用加熱過濾器，處于伴熱煙槍之后，在去除顆粒物的同時盡量避免對三氧化硫測試的影響。本文采用剛玉材質的過濾器，并處于整套系統的最前端，此時過濾器的溫度即為煙氣溫度，滿足本研究的需要。但過濾器表面積存的飛灰將對煙氣中的三氧化硫發生吸附，且吸附隨著飛灰層厚度的增加而不斷增加。因此，為了將采樣誤差控制在較小的范圍內，當采用過濾裝置時，采樣時間應適當縮短,在采樣后對過濾器及時清理。

可以考慮將原有的過濾裝置更換為撞擊器+過濾器組合方式，通過前置撞擊式除塵裝置能夠在盡可能去除顆粒物的同時最大限度的降低對三氧化硫的影響。考慮到此時溫度遠高于酸露點，三氧化硫表現為氣態，撞擊式除塵器對三氧化硫影響很小。隨后再采用過濾式除塵裝置，由于顆粒物濃度減小，過濾器表面飛灰層厚度亦很小，對于三氧化硫的吸附作用受到了削弱，有助于減小采樣誤差。

(2) 螺旋離心管

煙氣在流入螺旋離心管后，煙氣中的三氧化硫在離心力的作用下被捕集在管壁上。為了保證捕集效果，氣體在螺旋離心管中應該有足夠的流速，以產生較大的離心力，使煙氣中的三氧化硫與螺旋離心管發生碰撞，同時螺旋離心管的長度應該保證煙氣有足夠長的停留時間以控制捕集效果。本文螺旋離心管的長度大于500mm，氣體的流速控制在10 L/min。