燃煤机组脱硫与湿电对氨脱除特性影响研究.pdf

第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期：；责任编辑：郭海霞 ：基金项目：国家自然科学基金资助项目（）作者简介：吉攀（），男，陕西韩城人，工程师，年毕业于山东大学，现从事火电厂污染治理设施故障诊断与技术服务研究。引用格式：吉攀 燃煤机组脱硫与湿电对氨脱除特性影响研究 能源与环保，（）：，（）：，燃煤机组脱硫与湿电对氨脱除特性影响研究吉攀（中国大唐集团科学技术研究总院有限公司西北电力试验研究院，陕西 西安 ）摘要：通过对山陕两省黄河流域 台燃煤机组石灰石石膏湿法脱硫吸收塔及湿式电除尘器的进出口烟气中氨浓度、脱硫浆液及废水氨浓度进行取样分析。结果表明，测试机组脱硫出口烟气中气态氨与颗粒态氨分别为 、；湿式电除尘器出口烟气中浓度分别为 、。湿法脱硫对气态氨脱除效率高，湿式电除尘器对颗粒态氨脱除效率高。的受试机组废水氨含量超过氨氮 控制值，的机组总排口氨排放速率超过 恶臭污染物排放标准（征求意见稿）中氨氮最高允许排放速率限值。总氨、气态氨脱除效率与浆液 呈反比，颗粒态氨脱除效率与入口烟温呈反比。关键词：燃煤机组；湿法脱硫；湿式电除尘器；逃逸氨中图分类号：文献标志码：文章编号：（）（，）：，（）（），：；，（），：；截至 年底，我国煤电装机约 亿 ，其中约 亿 已完成超低排放改造 。煤电选择性催化还原（，）脱硝产生的逃逸氨在下游烟气处理系统各位置的富集与排放所带来的危害日益严重。现有研究认为氨分子在空预器内与 反应生成硫酸铵或硫酸氢铵 ，约 的气态氨分子会在此过程中被转化为颗粒态铵盐 。飞灰对硫酸氢铵及气态氨具有吸附性，硫酸铵在烟道内为白色颗粒，因此除尘器拥有对任何形态氨的捕集能力 ，其对总氨的脱除效率可达 ，气态氨脱除效率约为 。理论及小型实验研究表明湿法脱硫系统中降低液气比、脱硫浆液浓度、入口烟气温度及加装托盘可以提高脱硫系统对氨的脱除效果 。现有研究中关于湿法脱硫系统对逃逸氨脱除效率及影响因素的评估主要依托于小型实验及理 年第 期能源与环保第 卷论，缺乏超低排放改造后燃煤机组实际工况下脱硫系统对逃逸氨影响规律的研究。本文通过对山、陕两省黄河流域 台燃煤机组石灰石石膏湿法脱硫吸收塔及湿式电除尘器的进出口烟气中氨浓度及脱硫浆液氨浓度进行取样分析，研究了湿法脱硫及湿式电除尘对烟气中氨的脱除效率，明确超低排放机组烟气的氨排放浓度，为环保政策制定与电厂实际运行提供数据与技术支撑。机组概况及试验方法 机组概况研究共测试 台燃煤机组，类型覆盖国内现有主流 到 不同等级与不同燃烧方式机组，均已完成超低排放改造。脱硝均采用 工艺，干式除尘采用电除尘器（）、低低温电除尘器（）及布袋除尘器（），脱硫均为石灰石石膏湿法脱硫系统（），部分测试对象布置有湿式电除尘器（）。试验位置及工况本试验烟气中氨的测试位置包括脱硫入口、脱硫出口及烟囱入口，并对脱硫系统废水及石膏进行取样分析，具体取样位置如图 所示（、为逃逸氨测点）。测试期间，各机组运行稳定，机组平均负荷率在 。图 烟气流程及采样点示意 取样与分析方法气态氨采样方法根据 燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范 所列方法改进而来，采样系统如图 所示。采样结束后，需用吸收液彻底冲洗吸收瓶前所有的连接管路至样品瓶中，消除硫酸氢铵低温下的结露吸附等的影响 。颗粒态氨采样方法依据 固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定 重量法，采取等速跟踪采样方法，烟气中的颗粒物被滤膜捕集，采样结束后将滤膜用稀硫酸溶解过滤后分析其氨含量，根据采样体积，计算颗粒物中含有的颗粒态氨浓度 。文中无特别注明，所述气态氨浓度、颗粒态氨浓度及烟气量等均已按标准状态干烟气和过剩空气系数为 进行折算。图 烟气中气态氨及颗粒态氨采样系统示意 测试期间，同步从各机组湿法脱硫系统取石膏及脱硫废水样品，参照 环境空气和废气 氨的测定 纳氏试剂分光光度法 中的方法进行测试 。测试结果 烟气中氨浓度脱硫入口测试结果如图 所示。气态氨浓度为 ，平均 ；颗粒态氨浓度 ，平均 ；总氨浓度 ，气态氨为脱硫出口烟气中氨的 年第 期吉攀：燃煤机组脱硫与湿电对氨脱除特性影响研究第 卷主要类型，占比 ，平均 。图 脱硫入口烟气中气态氨与颗粒态氨含量 脱硫出口测试结果如图 所示，其中机组 测试期间脱硫出口未检测到颗粒态氨。气态氨浓度为 ，平均 ；颗粒态氨浓度为 ，平均 ；总氨浓度为 ，总氨类型中气态氨占比平均值的 。图 脱硫出口烟气中气态氨与颗粒态氨含量 湿电出口测试结果如图 所示。气态氨浓度为 ，平均 ；颗粒态氨浓度为 ，平均 ；总氨浓度为 ，总氨类型中气态氨占比平均值的 。依据测试数据及除尘器对氨的脱除效率反算 ，受试机组脱硝出口氨逃逸大于规范中所要求的 ，的机组氨逃逸超过 。表明燃煤机组 氨逃逸超标问题普遍，超标机组均存在空预器堵塞、除尘器极板极线滤袋积灰板结、粉煤灰及脱硫废水氨味重等现象，更有机组出现引风机叶片积盐与磨损。图 湿除出口烟气中气态氨与颗粒态氨含量 恶臭污染物排放标准征求意见稿 中氨氮的排放限值为 （排气筒高度 ），根据两炉共用一烟囱的方式，单台机组氨氮允许排放速率仅 ，由测试数据计算可得，的受试机组总排口氨氮排放速率超过限值。高氨逃逸对机组安全经济运行的危害及恶臭气体氨氮排放限值等都说明部分电厂通过粗放增加喷氨量来提高脱硝效率的行为不可持续。影响 脱硝性能的因素主要包括催化剂的体积与活性及反应器流场的均匀性。电厂应利用每次停炉机会，检查导流板磨损，检修期间对导流板进行防磨和修复处理；存在严重催化剂磨损和积灰的机组应开展脱硝系统流场优化改造。每年对催化剂抽样进行活性检测，建立催化剂活性台账，及时更换失活催化剂。定期进行燃烧调整试验与喷氨优化试验，提高浓度场均匀性及 在线监测系统代表性。针对 脱硝氨逃逸严重的机组，应认识到氨逃逸的本质为 与 在催化剂表面上摩尔分布不匹配导致。基于概率估计理论计算可得，为保证脱硝氨逃逸小于 ，目标脱硝效率 时 的偏差系数应小于 ，目标脱硝效率 时 的偏差系数应小于 。为解决此问题可采取但不限于低氮燃烧器改造、脱硝出口 网格法取样装置、应用自学习神经网络模型的精准喷氨系统等方法，从源头减少喷氨量。工艺水、废水及石膏中氨含量各机组烟气氨逃逸测试期间，分别对脱硫工艺 年第 期能源与环保第 卷水、脱硫废水及脱硫石膏的产耗量和氨浓度进行统计与测试，测试结果见表 。根据测试，的机组脱硫废水氨含量超过 燃煤电厂石灰石石膏湿法脱硫废水水质控制指标 中氨氮 的控制值 。表 工艺水、脱硫废水及石膏产耗量及氨含量 ，序号工艺水氨含量（）工艺水耗量（）废水氨含量（）废水产量（）石膏氨含量（）石膏产量（）机组 机组 机组 机组 机组 机组 机组 机组 脱硫废水及石膏中的氨含量主要由脱硫塔入口氨浓度与脱硫废水排出量决定。随着黄河流域一系列环保政策的出台实施，各级政府及环保部门加强了入河排污口监管，大部分电厂为了规避相应的环保风险，提高了脱硫浆液的浓缩倍率，脱硫塔内氨不断富集，导致浆液中氨浓度升高。例如，某电厂脱硝出口氨逃逸仅 ，但是，当脱硫废水处理途径受限无法排出脱硫塔时，脱硫浆液不断浓缩（高达 ），此时塔内氨氮不断富集后竟高达 ，由此可见，脱硫废水排出量对氨氮浓度的影响很大。现有燃煤机组配备的脱硫废水处理工艺多为三联箱处理技术，通过中和、沉淀与絮凝，实现废水中氟化物、悬浮物及重金属等污染物的脱除，保证出口水质满足旧 版废水水质标准的要求。但三联箱对氨氮基本没有处理能力，难以满足新 版脱硫废水出口水质的要求，超标电厂应通过添加合适的处理工艺如吹脱法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法及高级氧化法等脱除废水氨氮 。平衡计算理论上，脱硫系统输入氨量应等于输出氨量。因此将输出总量与输入总量的百分比，作为评价对象的质量平衡率，来评价测试结果的准确率。本文中将湿法脱硫系统及湿式电除尘器作为整体进行质量平衡计算，氨的质量平衡率可接受范围为 。计算结果如图 所示，除机组 以外，其余 台机组脱硫系统的质量平衡率在 的可接受范围内，说明本项研究应用的采样及分析方法有较好的准确度和可信度。机组 的质量平衡率为 ，表明输出氨总量大于输入氨总量，原因是机组 为全厂多台机组共用两套脱硫公用系统，部分机组氨逃逸特别大，湿式球磨机制浆用水为滤液水，电厂因部分机组浆液 浓度过高及起泡等原因，存在脱硫公用系统混用滤液水的现象，造成机组 未统计的输入氨增多。图 脱硫系统氨质量平衡率 分析与讨论 湿法脱硫对烟气中氨的脱除效率脱硫塔内烟气中的氨主要受液体洗涤及烟气夹带蒸发的影响。气态氨及铵盐均极易溶于水，易被循环浆液及冲洗水吸收，进入脱硫浆液中；随浆液在塔内循环，浆液内溶解铵会因烟气夹带或受热分解为气态氨进入烟气中被带出；当温度降低，气态氨又会冷凝形成新的颗粒态氨。综上，脱硫出口氨包括部分原烟气携带未被浆液捕集的一次气态或颗粒态氨，夹带的溶解氨在热烟气作用下分解与冷凝的二 年第 期吉攀：燃煤机组脱硫与湿电对氨脱除特性影响研究第 卷次气态氨与二次颗粒态氨 。台机组脱硫入口总氨浓度为 ，脱硫出口总氨浓度为 。脱硫系统对烟气中氨的脱除效率如图 所示。不同机组湿法脱硫系统对烟气中氨的脱除效率存在显著差异，台机组脱硫对总氨脱除效率为 ，平均脱除效率为 ；气态氨及颗粒态氨的平均脱除效率分别为 、。机组 、机组 及机组 的烟气经过脱硫塔后，颗粒态氨浓度上升。分析如下：机组 出入口烟气中颗粒态氨浓度差值小，出口浓度高于入口可能为测试误差。机组 及机组 入口颗粒态氨浓度高，经过脱硫塔后颗粒氨浓度平均升高 ，是因为脱硫塔入口烟温及浆液氨浓度均比较高，对溶解铵的夹带与分解作用增强，造成出口颗粒态氨浓度显著高于入口。图 脱硫系统对烟气中气态氨、颗粒态氨及总氨脱除效率 ，由图 测试结果可见，不同机组湿法脱硫系统对烟气中氨的脱除效率存在显著差异，对于这一点，氨脱除率与浆液 值及入口烟温之间的相关系数可以为湿法脱硫系统对氨的脱除机理提供一些信息。使用统计分析工具分别对总氨、气态氨及颗粒态氨脱除率与入口烟温与浆液 之间的关系进行 相关性分析和回归分析，相关系数 的判别标准为：不相关，低度相关，中度相关，高度相关，显著相关 。分析结果见表 。浆液 及入口烟温对不同类别氨脱除率的拟合结果表明，氨脱除率与浆液 及入口烟温呈反比。低 有利于碱性气态氨在浆液中的溶解，且气态氨在总氨中占比高，低 能够提高湿法脱硫对表 氨脱除率与浆液 值及入口烟温的相关性分析 影响因素类别回归公式判别结果浆液 值总氨 高度相关气态氨 高度相关颗粒态氨 中度相关入口烟温总氨 中度相关气态氨 不相关颗粒态氨 中度相关注：为不同类别氨的脱除率；为对应影响因素的值。总氨及气态氨的脱除率；颗粒态氨则主要以氯化铵、硫酸氢铵及硫酸铵等化合物的形态单独存在或吸附于飞灰上，总体呈中性或弱酸性，浆液 的变化对颗粒态氨的液相溶解影响较总氨及气态氨小。高烟温能够增强脱硫浆液的夹带与蒸发作用，提高总氨穿透率与二次氨生成率，促使颗粒态氨的脱除率降低。湿式电除尘对烟气中氨的脱除效率湿式电除尘器内，颗粒物及酸雾在荷电后，在碰撞、团聚及极板液膜捕集的作用下，颗粒态氨在此过程中被捕集；湿电内部温度低湿度大，气态氨在液滴或液膜表面发生冷凝与溶解，进而被捕捉。湿电被捕集的气态及颗粒态氨随冲洗水进入冲洗水箱，并最终进入脱硫塔内 。湿电对氨的脱除效率结果如图 所示，湿电对总氨、气态氨及颗粒态氨的平均脱除效率分别为 、，湿电对氨的脱除效果不及脱硫系统。图 湿式电除尘器对烟气中气态氨、颗粒态氨及总氨脱除效率 ，结论（）测试机组湿法脱硫对总氨、气态氨及颗粒态 年第 期能源与环保第 卷氨的平均脱除率分别为 、及 ，湿式电除尘器的平均脱除率分别为 、及 ，湿法脱硫对气态氨脱除效率高，湿式电除尘器对颗粒态氨脱除效率高。湿法脱硫入口、湿法脱硫出口及湿式电除尘器出口的烟气中，气态氨质量浓度在总氨中的占比均值分别为 、及 。（）不同机组湿法脱硫系统对烟气中氨的脱除效率存在显著差异，氨脱除率与浆液 及入口烟温成反比。总氨与气态氨脱除率与浆液 高度相关，颗粒态氨脱除率与入口烟温相关性较高。（）测试机组脱硫废水及除尘器灰样中氨含量差异较大，受试机组中 的机组废水氨含量超过氨氮 控制值。的机组总排口氨排放速率超过 恶臭污染物排放标准（征求意见稿）中氨氮最高允许排放速率限值。（）超低排放改造后燃煤电厂 脱硝系统氨逃逸超标现象较为普遍，电厂应严格注意 脱硝系统的实际运行情况，并根据实际问题选择合理的逃逸氨解决方案与脱硫废水脱氨工艺。参考文献（）：中国电力企业联合会 中国电力行业年度发展报告 北京：中国建材工业出版社，骆律源，程滕，杨林军，等 空预器中硫酸氢铵形成特性及其对颗粒物排放的影响 高校化学工程学报，（）：，（）：，：卿梦霞，张鑫，刘亮，等 燃煤烟气脱硝副产物硫酸氢铵 硫酸铵沉积与分解特性研究 化工学报，（）：，（）：，：赵宏，张发捷，马云龙，等 燃煤电厂 脱硝氨逃逸迁移规律试验研究 中国电力，（）：，（）：，：，钟洪玲，陈鸥，王洪亮，等 超低排放下燃煤电厂氨排放特征 环境科学研究，（）：，（）：，：，：马文杰，孙道华 火电厂脱硝逃逸氨对脱硫系统及环境影响分析研究 环境科技，（）：，（）：，程滕 脱硝中形成的硫酸铵盐及逃逸氨在后续烟气系统中的迁移转化特性研究 南京：东南大学，中国电力企业联合会 燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范：北京：中国电力出版社，中华人民共和国生态环境部 固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定 重量法：北京：中国环境科学出版社，中华人民共和国生态环境部 环境空气和废气 氨的测定 纳氏试剂分光光度法：北京：中国环境科学出版社，中国电力企业联合会 燃煤电厂石灰石石膏湿法脱硫废水水质控制指标：北京：中国电力出版社，：陈智，杨洋，邢小林，等 燃煤电厂脱硫废水中氨氮超标问题分析及其处理技术研究进展 科技创新与应用，（）：，（）：，：程滕，杨林军，孙稚权 湿法脱硫系统对脱硝产生逃逸氨的脱除特性 东南大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：（下转第 页）年第 期能源与环保第 卷表 正常矫直与直接拉断的拉力、弯曲、扭转记录 ，钢丝丝径 检验项目试验方法数据记录平均值 拉力值 正常矫直 直接拉断 弯曲 次正常矫直 直接拉断 扭转 次正常矫直 直接拉断 拉力值 正常矫直 直接拉断 弯曲 次正常矫直 直接拉断 扭转 次正常矫直 直接拉断 拉力值 正常矫直 直接拉断 弯曲 次正常矫直 直接拉断 扭转 次正常矫直 直接拉断 既节省了人力又节省了时间，也许此过程中会有些许不足，今后或许会出现更加简便的方法来改善钢丝绳拆股试验中制样的过程，在以后的工作中会更加深入地探索来完成工作。参考文献（）：李文娟 矿用钢丝绳检测实用性分析 内蒙古煤炭经济，（）：，（）：，刘雷，张新，董世民，等 矿井提升钢丝绳无损检测及剩余寿命预测研究 煤矿机械，（）：，（）：董军刚，刘大永，冯贺平，等 钢丝绳力学性能检测系统关键技术研究 仪器仪表用户，（）：，（）：徐涛，徐臻，黄志伟，等 钢丝绳外观缺陷对其力学性能影响的研究 物理测试，（）：，（）：张向锋，杨西东 矿用钢丝绳检测中钢丝矫直对破断力的影响 中州煤炭，（）：，（）：全国钢标准化技术委员会 金属材料 线材 第 部分：单向扭转试验方法：北京：中国标准出版社，全国钢标准化技术委员会 金属材料 线材 反复弯曲试验方法：北京：中国标准出版社，檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 （上接第 页）张周红，丁少波，张楠，等 燃煤电厂湿法脱硫对 和多环芳烃排放的影响 环境工程，（）：，（）：郝乾坤，方全国，陈亚飞，等 燃煤电厂煤及燃烧产物中氟的赋存与浸出特征 洁净煤技术，（）：，（）：，：柏源，刘涛，安风霞，等 某 燃煤机组 与 对颗粒物协同控制效果分析 电力科技与环保，（）：，（）：