应用水汽相变促进湿法脱硫净烟气中PM2.5和SO3酸雾脱除的研究

北极星环保网讯:在石灰石-石膏法脱硫净烟气中分别采用添加适量蒸汽和湿空气方式建立PM2.5和SO3酸雾凝结长大所需的过饱和水汽环境，在测试分析湿法脱硫净烟气中PM2.5及SO3酸雾物性的基础上，考察了蒸汽及湿空气添加量、脱硫净烟气温度等的影响。

结果表明，湿法脱硫净烟气中PM2.5除含有燃煤飞灰外，含CaSO4、CaSO3及未反应的CaCO3等组分;由于SO3酸雾基本处于亚微米级粒径范围，湿法烟气脱硫(WFGD)系统对SO3酸雾的脱除率仅为35%-55%;添加适量蒸汽及湿空气方式均可促进湿法脱硫净烟气中PM2.5和SO3酸雾脱除，最终排放浓度随蒸汽或湿空气添加量的增加而降低，其中，添加蒸汽方式适合于脱硫净烟气温度较低(≤50-55℃)的场合，在脱硫净烟气温度较高(≥55-60℃)时，利用添加湿空气方式替代添加蒸汽更具技术经济优势。

关键词:湿法脱硫;PM2.5;SO3酸雾;水汽相变;脱除

目前，中国大部分燃煤电站已安装烟气脱硫装置，85%以上为石灰石-石膏湿法脱硫工艺，烟气治理流程大多为烟气经SCR脱硝、电除尘后进入湿法烟气脱硫(WFGD)系统，最后由烟囱排入大气环境。因此，WFGD系统出口PM2.5浓度与排入大气环境的PM2.5量直接相关，降低脱硫净烟气中PM2.5浓度是控制燃煤电站PM2.5排放的重要措施。

一般情况下，脱硫净烟气中PM2.5物性除与脱硫塔入口烟气中PM2.5有关外，还与湿法烟气脱硫过程相关。借助脱硫浆液的洗涤作用，虽然WFGD系统可协同脱除烟气中的部分PM2.5，但由于同时存在脱硫浆液雾化夹带、脱硫产物结晶析出，以及各种气-液、气-液-固脱硫反应等物化过程，本身又可能会形成PM2.5，使得烟气经湿法脱硫后PM2.5排放特征可能产生显著变化[1-4]。

以石灰石-石膏法为例，在脱硫浆液雾化喷淋中，细小的脱硫浆液有可能被烟气直接携带出脱硫系统或蒸发析出细小晶粒随烟气带出，石膏结晶过程中也会形成非常细小的晶粒并有可能带出脱硫系统。王晖等[1]、Meij等[2]分析发现，石灰石-石膏法脱硫系统出口颗粒物基本为PM2.5，除燃煤飞灰外，石膏和未反应的石灰石等组分占50%以上。

除无机盐微粒外，WFGD过程中还可形成SO3酸雾[5，6]，如Gooch等[5]分析认为，经石灰石-石膏法脱硫后微粒浓度增加主要是由于形成SO3酸雾所致;SO3酸雾已成为导致WFGD系统后续设备腐蚀、烟气拖尾现象的主要原因;同时，由于排入大气环境后会进一步转化为二次硫酸盐气溶胶，也是导致雾霾天气的重要因素之一。

目前，世界各国主要采用在WFGD系统下游安装湿式静电除尘器(WESP)来捕集PM2.5和SO3酸雾，但投资运行费用较高，有必要探索其他控制途径。除WESP外，基于过饱和水汽在微粒表面凝结特性(水汽相变)促使PM2.5及SO3酸雾长大，使其易于被后续除雾装置捕集也是一种重要手段，特别适合于烟气中水汽含量较高的过程[7-12];一般来说，脱硫净烟气大多接近或处于饱和状态，温度在45-65℃，较易实现细颗粒凝结长大所需的过饱和水汽环境。

欲使湿法脱硫净烟气达到过饱和，最简单易行的措施是添加饱和蒸汽，文献[11，12]开展了添加蒸汽促进湿法脱硫净烟气中PM2.5脱除的实验研究;此外，基于湿气体饱和蒸汽压和温度之间的非线性关系，在湿法脱硫净烟气中添加适量湿空气也可建立过饱和水汽环境，其原理与湿法脱硫净烟气排入大气环境后产生白雾及暖湿气流和冷空气交汇产生降水相仿。

研究以燃煤锅炉产生的含尘烟气为对象，在测试分析湿法脱硫净烟气中PM2.5及SO3酸雾物性的基础上，分别开展了在湿法脱硫净烟气中添加适量蒸汽及湿空气方式促进PM2.5及SO3酸雾脱除的研究，以期针对不同的脱硫净烟气条件，获得与之相适应的过饱和环境的建立方法，进而降低能耗。

1实验部分

1.1实验系统

实验系统示意图见图1。

主要由全自动燃煤锅炉、缓冲罐、电除尘器、石灰石-石膏法脱硫系统、增湿塔、测试控制系统等组成，烟气额定体积流量为350m3/h。全自动燃煤锅炉产生的含尘烟气经缓冲装置由电除尘器脱除粗颗粒后，进入脱硫塔。脱硫塔采用三级喷淋结构，包含脱硫洗涤区和水汽相变区，塔径200mm，总塔高5150mm;其中，水汽相变区设置在脱硫塔顶，高度为1000mm，水汽相变区入口设置折流板除雾器以去除脱硫净烟气夹带的脱硫浆液粗液滴，水汽相变区顶部设置丝网除雾器，用于脱除凝结长大后的PM2.5及SO3酸雾。

分别采用在水汽相变区中添加适量蒸汽和湿空气方式使脱硫净烟气达到过饱和，PM2.5和SO3酸雾发生凝结长大，并最终由安装在塔顶的高效丝网除雾器脱除。促使脱硫净烟气达到过饱和所需的蒸汽、湿空气分别由蒸汽发生器、增湿塔提供，通过调节与空气接触的恒温水的温度和流量，可以产生不同温湿度的湿空气。脱硫塔入口烟气中SO3浓度采用自制的SO3发生装置调控，该装置利用SO2与O3间的氧化反应生成SO3，通过质量流量计精确控制SO2、O3量，可精确调节SO3发生量。

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