麦电网讯：对2家燃煤电厂湿法烟气脱硫(wetfluegasdesulfurization，WFGD)系统前后细颗粒及SO3酸雾进行了测试分析，对比分析了单塔、双塔脱硫工艺、燃煤组分等与细颗粒物和SO3酸雾脱除作用的关系。结果表明，双塔WFGD系统对细颗粒物和SO3酸雾的脱除效率明显高于单塔系统。

WFGD系统入口细颗粒物粒径分布相似，脱硫后细颗粒物粒径分布向小粒径方向迁移，同时PM2.5含量有所增加，双塔脱硫系统更为明显。WFGD系统在脱除燃煤烟气中颗粒物的同时，本身也会形成新的细颗粒物，其主要成分为硫酸钙，呈板状及棱柱状。

单塔、双塔WFGD系统对燃煤烟气中SO3酸雾的脱除效率范围分别介于30%~40%、50%~65%，随着塔入口烟气中SO3及颗粒物浓度的增加，其脱除效率有所提高；燃用高硫煤时，会出现蓝烟现象。

由于燃煤电站的不断扩容增建，针对燃煤烟气污染物排放控制日益严格，目前大多数燃煤电站已经安装烟气处理设备，燃煤烟气大多经过选择性催化还原法(SCR)脱硝装置、干式电除尘器(ESP)、湿法烟气脱硫(WFGD)系统后，由烟囱排入大气环境。

当前我国正面临极其严重的大气细颗粒物污染，而燃煤电站是引起我国大气环境中PM2.5含量增加的主要污染源之一，长时间悬浮在大气环境中的细颗粒物对环境和人体健康造成严重危害。

煤燃烧过程中由于煤中易气化的元素在气化冷凝后生成成核颗粒，在高温下发生碰撞凝并长大，最终形成细小颗粒物；同时SCR脱硝过程中由于NH3与SO2反应也会形成细小硫酸铵晶体。虽然ESP对于粗粉尘具有较高脱除效率，但对于细颗粒物脱除作用有限。

WFGD系统对于SO2具有较高脱除效率，同时由于脱硫浆液洗涤作用，可协同脱除烟气中飞灰颗粒及其他有害物质，但细颗粒物浓度反而有可能增加。丹麦Nielsen等[8]通过现场测试发现，石灰石–石膏法脱硫工艺对颗粒物的总质量脱除率可达50%~80%，但亚微米级微粒质量浓度反而增加了20%~100%，且钙元素含量明显提高。

王晖、周科等[9-10]研究也发现，粗模态颗粒物经过脱硫浆液洗淋排放浓度减少，而超细模态颗粒物的排放浓度增加。荷兰Meij等分析安装有石灰石/石膏法脱硫装置的烟气再热系统出口颗粒物组成发现，煤燃烧产生的飞灰仅占40%，10%为石膏组份，其余50%为脱硫浆液滴蒸发形成的固态微粒。本课题组经试验研究发现经石灰石–石膏法脱硫后，细颗粒物中含脱硫形成的CaSO42H2O晶粒及未反应的CaCO3颗粒等。

燃煤电厂运行过程中，会有少量SO3形成，造成管路、设备及烟囱腐蚀以及排烟透明度下降。SO3可由煤燃烧及炉膛出口烟气中SO2氧化形成，特别是当安装选择性催化还原(SCR)脱硝系统时，因SCR催化剂可促进部分SO2氧化成SO3，使烟气中SO3含量显著增加。燃煤烟气进入WFGD系统后，温度迅速冷却至酸露点以下，形成细小SO3酸雾。

Gooch等通过试验分析认为经石灰石–石膏法脱硫后微粒浓度增加主要是由于形成SO3酸雾所致。Schaber等]通过模拟及试验研究表明SO3经过洗涤形成大量亚微米级SO3酸雾气溶胶，其粒径分布及数量浓度与SO3浓度及可溶性、不可溶性颗粒物组分相关。

常景彩等模拟湿法脱硫过程，在脱硫浆液中通入SO3模拟烟气，测试进出口SO3酸雾浓度，得到吸收效率为64.21%。CaoY等[26]通过不同电厂测试得到WFGD系统对SO3脱除效率低于35%；但未见湿法脱硫工艺、烟气中SO3浓度、煤质硫含量等对SO3酸雾脱除效率影响的研究报道。

本文针对实际燃煤电厂中WFGD系统前后细颗粒物的采样分析及SO3脱除效率的测试，分析探讨了WFGD系统工艺、煤质组分等与细颗粒物和SO3脱除性能的关系，以期为控制细颗粒物及SO3酸雾排放提供基础。

1试验方法

实验测试对象分别为宁夏某600MW电厂一、陕西某300MW电厂二，烟气处理工艺流程相近，均设置SCR、ESP及WFGD系统净化处理燃煤烟气。采集WFGD系统前后细颗粒物并测试细颗粒物浓度、粒径分及SO3浓度，每一项测试期间，煤质、锅炉负荷、设备运行状况等保持一致。

电厂一WFGD系统为单喷淋塔结构，采用石灰石石膏法烟气脱硫技术，烟气直接进入吸收塔进行脱硫。电厂二WFGD系统为双喷淋塔结构，采用石灰石石膏法烟气脱硫技术，燃煤烟气先经过预洗涤塔降温除尘后，进入吸收塔脱除SO2。WFGD系统具体运行参数见表1。

表1脱硫系统主要运行参数

参照国家标准，SO3采样方法如图1所示。采用青岛崂山电子仪器总厂生产的WJ-60B型皮托管平行全自动烟尘采样器，配以加热采样枪进行等速采样，采样枪中加装玻璃纤维滤筒，控制冷凝温度使烟气中SO3冷凝，通过蛇形冷凝管采集酸雾液滴，由美国Dionex公司的ICS-2100型离子色谱仪分析收集样品中SO42含量，得到烟气中SO3浓度。

图1：SO3采样装置图

烟气中细颗粒物浓度与粒径分布采用芬兰Dekati公司生产的电称低压冲击器(ElectricalLowPressureImpactor，ELPI)实时在线测量，用于形貌第期潘丹萍等：电厂湿法脱硫系统对烟气中细颗粒物及SO3酸雾脱除作用研究3及元素组成分析的脱硫净烟气中颗粒物样品采用芬兰Dekati公司的颗粒物采样器采集。

烟气中颗粒物浓度采用青岛崂山电子仪器总厂生产的WJ-60B型皮托管平行全自动烟尘采样器，配以加热采样枪测定。烟气中SO2浓度采用德国ECOM公司的J2KNPro型烟气分析仪测量。颗粒物物相组成采用德国布鲁克AXS有限公司的D8ADVANCEX射线粉末衍射仪测试(XRD)。颗粒物形貌及元素组成采用LEO1530VP场发射扫描电子显微镜(FSEM-EDS)分析。

2结果与讨论

2.1 WFGD系统对细颗粒物脱除作用

2.1.1细颗粒物脱除效率

不同电厂WFGD系统进出口燃煤烟气中细颗粒物浓度如图2所示。经过WFGD系统后，电厂一燃煤烟气中细颗粒物质量浓度由65mg/m3降至35mg/m3，脱除效率为46%；电厂二燃煤烟气中细颗粒物质量浓度由110mg/m3降至50mg/m3，脱除效率为55%。双喷淋塔WFGD系统对燃煤烟气中细颗粒物脱除效率明显高于单塔系统。

图2：WFGD系统前后细颗粒物浓度

WFGD系统主要通过惯性碰撞、布朗扩散等物理作用对燃煤烟气中细颗粒物进行捕集脱除，双塔WFGD系统中在吸收塔前设置预洗涤塔，燃煤烟气中颗粒物预先被部分洗涤脱除后，进入吸收塔进一步进行洗涤，提高了浆液滴与颗粒物碰撞捕集几率，因此对细颗粒物具有更高的脱除效率。

2.1.2 WFGD系统前后细颗粒物粒径分布

不同电厂WFGD系统前后细颗粒物粒径分布如图3所示，图中dM/dlogDp为ELPI任意两级粒径区间宽度的颗粒质量浓度分布，Dp为每级的中位直径。WFGD系统前燃煤烟气中细颗粒物质量浓度粒径分布相似，在0.3m附近出现峰值，同时质量浓度在粒径10m附近迅速增长。经过WFGD系统后，细颗粒物质量浓度呈单峰分布，峰值出现在粒径1m附近。

与脱硫前相比，大部分粒径范围内细颗粒物浓度有所下降，其中粒径在10m附近颗粒物质量浓度下降幅度更加明显，而PM2.5所占比例增加。与电厂一相比，电厂二中WFGD系统对微米级细颗粒物脱除作用更加明显，同时，亚微米级颗粒物浓度略有上升，脱硫净烟气中亚微米级颗粒物所占比例高于电厂一。

图3：WFGD系统前后细颗粒物粒径分布

因此，在脱硫过程中，通过脱硫浆液的洗涤作用可协同脱除烟气中的部分细颗粒物；同时，脱硫过程中可能会形成新的细颗粒物，这部分颗粒物主要来源于脱硫产物结晶析出、脱硫浆液雾化夹带等物化过程，双塔脱硫工艺中更加明显。

2.1.3 WFGD系统前后细颗粒物形貌及组成变化特性

采集WFGD系统前后细颗粒物，通过FSEM-EDS分析得到颗粒物形貌及元素组成，图4为电厂二的测试结果。可见，WFGD系统入口细颗粒物主要呈不均匀规则球形，颗粒物表面附有细小不规则物质，但总体较为光滑，其成分主要为Si、O、Al、Ca等元素。而WFGD系统出口处主要为均匀规则球形、棱柱状及板状细颗粒物，同脱硫前细颗粒相比，脱硫后细颗粒物主要成分相同，但S元素有所增加。

图4：WFGD系统前后细颗粒物SEM及EDS图

球形颗粒物与脱硫前细颗粒物形貌相似，但粒径总体较小且分布更加均匀，这是由于较大颗粒物在脱硫洗涤过程中更易被脱除，因此脱硫后细颗粒物比例增加。脱硫过程中形成细颗粒物主要为棱柱状及板状，其中棱柱状颗粒物较为细长，直径一般小于1m；板状颗粒物粒径相对较大，直径一般在1~4m，厚度不足1m。

图5：WFGD系统前后细颗粒物XRD图

图5为电厂二的WFGD系统前后细颗粒物XRD分析，结果表明，脱硫前细颗粒物主要组分为Al6Si2O13、SiO2和CaO，与燃煤飞灰组分一致，脱硫后组分发生变化，主要组分为CaSO40.5H2O、CaSO42H2O、Al6Si2O13和SiO2。

因此脱硫净烟气中除了未完全脱除的燃煤飞灰，还存在脱硫过程中新生成的细颗粒物，其主要成分为硫酸钙。从电厂一脱硫系统出口采集的颗粒物形貌及元素、物相组成与电厂二所得结果相似，存在燃煤飞灰及硫酸钙，因此脱硫净烟气中细颗粒物形貌元素及组成与湿法脱硫系统中塔结构布置关系不大。

2.2 WFGD系统对SO3脱除作用

采样测试不同电厂脱硫系统进出口SO3浓度，如表2所示，得到电厂一SO3脱除效率为30%~40%，电厂二SO3脱除效率为50%~65%，高于电厂一，因此相对于单塔脱硫系统，双塔脱硫系统可促进SO3捕集脱除，提高其脱除效率。对于为进一步考察WFGD系统对SO3脱除作用，电厂二采用三种不同煤质进行燃烧，煤质组分如表3所示，考察不同煤质组分条件下，WFGD系统对SO3脱除效率。

表2不同电厂脱硫系统进出口SO3浓度及脱除效率

表3电厂二所用煤质分析

由表3可知，煤种1到煤种3中硫分及灰分逐渐增加。图5为不同煤质条件下WFGD系统进出口SO3质量浓度及进口颗粒物浓度。

图6：WFGD系统进出口污染物浓度

由图6可知，随着煤质组分变化，脱硫塔入口烟气成分随之相应改变。当煤中硫分含量增加，促进了煤燃烧过程中SO2的形成，煤种三条件下浓度增加尤为明显，而燃煤烟气中SO3主要来源于煤燃烧过程及SCR脱硝中SO2的氧化，因此随着煤种中硫分含量的提高，脱硫塔入口SO3浓度明显升高，由33.5mg/m3增加至102.2mg/m3。

当燃煤烟气进入湿法烟气脱硫系统时，由于烟气被急剧冷却降温至酸露点以下，形成大量亚微米级硫酸气溶胶。在湿法烟气脱硫系统中，脱硫浆液对SO3的吸收速率远小于其冷却速率，同时形成的硫酸气溶胶粒径细小，难以通过脱硫浆液洗涤有效脱除。

随着塔入口SO3浓度的增加，脱硫塔出口SO3浓度也有所增加，由17mg/m3增加至36mg/m3。SO3酸雾气溶胶的粒径细小，主要为亚微米级颗粒物，颗粒物尺寸与可见光的波长接近，对光线产生瑞利散射，由于短波的蓝色光线散射强于长波的红色光线，使得烟囱在阳光照射的反射侧，排烟的烟羽呈现蓝色，随着烟气中SO3酸雾浓度的升高，蓝烟现象更加明显。

采用高硫煤燃烧时，脱硫净烟气中SO3酸雾含量偏高，脱硫净烟气排放处出现明显蓝烟现象。同时，燃煤烟气中颗粒物浓度与煤种中灰分含量相关，随着煤中灰分含量增加，脱硫塔入口细颗粒物浓度明显升高，由80.5mg/m3增加至197.4mg/m3。不同煤质条件下，WFGD系统对SO3脱除效率如图7所示。

图7：WFGD系统对SO3脱除效率

随着塔入口烟气中SO3及颗粒物浓度的增加，WFGD系统对SO3脱除效率由50.1%增加至64.9%。烟气中SO3极易与水分子结合形成H2SO4蒸汽，当烟气温度低于其酸露点时，H2SO4蒸汽通过均相成核及以颗粒物为凝结核的异质成核作用形成硫酸气溶胶。烟气中H2SO4蒸汽浓度越高，酸露点则越高，其中前者主要集中在亚微米级粒度范围。

一方面，均质成核形成的SO3酸雾滴通过脱硫浆液洗涤吸收脱除；另一方面，由于燃煤烟气中存在一定浓度颗粒物，部分SO3进入WFGD系统后以烟气中颗粒物为凝结核通过异质成核作用形成SO3酸雾滴，SO3酸雾可冷凝吸附在颗粒物表面，进而使颗粒物粒径增加，其粒径变化与烟气温湿度、细颗粒物特性等均相关，而SO3酸雾随着颗粒物的脱除而脱除。

WFGD系统对颗粒物的脱除效率与其粒径相关，当颗粒物粒径越大，经过WFGD系统其脱除效率越高。随着塔入口烟气中SO3及颗粒物浓度的增加，促使均相反应形成SO3酸雾粒径增加[24]，同时，更多的SO3酸雾吸附在颗粒物表面，随着颗粒物的捕集而脱除，因此，WFGD系统SO3酸雾脱除效率随之提高。

结论

基于2个燃煤电厂WFGD系统，通过脱硫前后细颗粒物的采样分析及SO3酸雾脱除效率的测试，分析探讨了单塔、双塔脱硫工艺、燃煤组分等与细颗粒物和SO3酸雾脱除作用的关系，主要结论如下。

1）单塔及双塔WFGD系统对燃煤烟气中细颗粒物质量浓度脱除效率分别为46%和55%，双塔脱硫系统对于细颗粒物的脱除效率高于单塔系统。

2）单塔及双塔WFGD系统入口细颗粒物质量浓度粒径分布相似，在0.3m附近出现峰值，同时质量浓度在粒径10m附近迅速增长，而脱硫后细颗粒物粒径分布向小粒径方向迁移，PM2.5所占比例有所增加，其中双塔脱硫系统更加明显。WFGD系统可脱除燃煤烟气中较大粒径颗粒物，同时本身也会形成新的细颗粒物，其主要成分为硫酸钙，呈棱柱状及板状。

3）单塔及双塔WFGD系统对燃煤烟气中SO3酸雾脱除效率分别为30%~40%和50%~65%，双塔脱硫系统对于SO3酸雾的脱除效率高于单塔系统。随着塔入口烟气中SO3及细颗粒物浓度的增加，其脱除效率随之提高；采用高硫煤燃烧时，会出现蓝烟现象。