燃煤电厂湿烟囱条件下SOx排放致霾机理分析及治理措施

北极星环保网讯:本文通过对燃煤电厂湿烟囱条件下SOx排放形态分析指出，烟气中SOx在烟囱出口处基本以硫酸雾形态排放，硫酸雾和烟气中的细颗粒物是大气中硫酸盐气溶胶的重要来源物，也是致霾重要来源，采用GGH提高烟气温度能够有效控制烟气中SO2转化为硫酸雾，深度脱硫是有效降低硫酸雾排放浓度的根本措施。

主题词：湿烟囱， SOx， 排放形态 ，雾霾治理

燃煤电厂经过超低排放改造之后，烟气中的SO2浓度能够达到不超过35 mg/ Nm 3(6%基准氧量，下同)，向大气中排放的SO2量显著下降，对于改善大气环境起到了积极作用。燃煤电厂多采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺处理烟气中的SOx，早期通常配套建设GGH(Gas-Gas-Heater，烟气换热器)。

因为GGH易堵塞、易腐蚀、故障率高、建设和运行费用高，目前国内很多电厂取消或不建设GGH，在采取必要防腐措施的情况下，湿法脱硫后的烟气采用湿烟囱排放。研究湿烟囱排放条件下烟气中的SOx究竟以什么样的形态排出烟囱，有针对性地采取措施控制污染物排放，降低污染物危害水平有着重要的意义。

本文经分析论证认为，湿烟囱出口处SOx主要以硫酸雾的形态排放，而不是以气态SO2形态排放，硫酸雾和烟气中的细颗粒物是大气中硫酸盐气溶胶的重要来源物，也是致霾的重要来源。采用GGH提高烟气温度、深度脱硫等措施，是减小燃煤电厂烟气湿烟囱排放硫酸雾致霾的重要治理方法。

1 烟气脱硫湿烟囱排放的现状

湿法脱硫后的烟气排放是否装设GGH，没有强制性规定。一般要求，烟气系统宜装设烟气换热器，设计工况下，脱硫后烟囱入口的烟气温度一般应达到80℃及以上排放。在满足环保要求且烟囱和烟道有完善的防腐和排水措施，经技术经济比较合理时，也可以不设烟气换热器[1]。若考虑不设置烟气换热器，应通过建设项目环境影响报告书审查批准[2]。

一般认为，设置GGH有三个作用[3]：1)提高净烟气的温度和抬升烟气高度，有利于污染物的扩散，降低污染物落地浓度;2)减轻烟气冒白烟现象;3)降低脱硫系统的水耗。在采用湿烟囱排放的情况下，主要考虑的是如何解决烟囱、烟道防腐问题，没有考虑GGH对于烟囱出口处SOx排放形态的影响，更没有考虑湿烟囱条件下SOx的排放形态对于大气环境的影响。

国际上关于是否取消GGH，目前尚无统一结论。其中，日本由于是一个面积小、地形狭长的岛国，为了减轻对其本土的污染，一直采用高烟温排放，以增强烟气的扩散能力。因此，在日本几乎所有的湿法烟气脱硫系统全部安装了GGH [3]。

我国是火电(主要是燃煤电厂)占比非常高的国家，根据中国电力网公布的数据[4]，2015年全国全年发电量51536亿千瓦时，其中火电占总发电量的75.3%以上。根据国家统计局官网公布的数据[5]，2014年，全国煤炭消费总量411613.50 万吨，电力、热力的生产和供应业煤炭消费总量176097.73万吨，燃煤发电所消耗的煤炭占国内煤炭消费总量的43%。

中国是世界上煤炭使用量最大的国家，根据2016《BP世界能源统计年鉴》[6]，2015年世界煤炭产量为78.61亿吨，中国占世界总产量的47.7%，中国是煤炭净进口国，占全世界煤炭消耗量的将近一半。中国燃煤电厂燃煤消耗量占全球消费量的近1/4，研究清楚湿烟囱出口处的SOx排放形态，研究和实现更理想的SOx超低排放，对于改善大气环境和治理雾霾具有十分重大的意义。

2 湿烟囱条件下，烟囱出口处SOx基本以硫酸雾形态排放

烟气经过石灰石-石膏湿法脱硫塔之后，烟气中的含水量基本是饱和态[3]。在脱硫塔除雾器的脱除作用下，烟气中的含水量通常不高于50mg/Nm3 [7]。经过超低排放改造后，为保证排放合格，并留有调节裕度，SO2排放浓度一般控制在20 ~30mg/ Nm 3左右。烟气成分连续监测系统CEMS通常安装在脱硫塔后水平烟道末端、烟囱之前，新建机组CEMS通常安装在烟囱内部40～60m高度，如图1所示。

脱硫塔到烟囱的水平烟道通常很短，水平烟道内烟气流速变化不大，烟气冷却程度不大，烟气温度下降很小，烟气中饱和水汽形成的凝结水量不多，SO2溶入凝结液滴的量就比较少，大部分SO2仍以气态存在，因此，在CEMS系统安装处，能够比较准确地测得气态SO2的浓度。

气态SO2是无色透明、有毒气体。强氧化剂可将SO2氧化成SO3，仅在催化剂存在时，氧气才能使SO2被氧化为SO3 [8] 。因此，一般认为湿烟囱出口处SO2仍以气态形式排放到大气环境中。我们认为，湿烟囱出口处SO2不是以气态形式排放到大气中，在湿烟囱条件下，SO2和烟气中饱和水汽冷凝生成的大量H2O液滴反应生成H2SO3，再被O2氧化生成硫酸雾，最终以硫酸雾方式扩散到大气中。

湿烟囱内生成大量的凝结液滴。燃煤电厂烟囱的高度通常在200m以上，烟囱高度远远大于水平烟道长度。饱和湿烟气在烟囱内的上升过程中，会发生明显的温降，包括在烟囱内烟气绝热膨胀引起的温降、温度较高的烟气和温度较低的烟囱内壁接触换热引起的温降。

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