低低温电除尘器灰硫比计算及中国煤种分析.pdf

低低温电除尘器灰硫比计算及中国煤种分析 * 何毓忠赵海宝郦建国姚宇平 浙江菲达环保科技股份有限公司， 浙江 诸暨 311800 摘要 低低温电除尘技术是电除尘新技术， 不仅可以提高电除尘器的除尘效率， 改善电除尘器对煤种的适应性， 还可除 去烟气中大部分的 SO3， 已经成为日本燃煤电厂烟气治理的主流。烟气的灰硫比 D/S 是低低温电除尘器选型设计 中的一个重要参数， 是电除尘器是否会受到低温腐蚀的评判标准。对烟气灰硫比的定义， 计算公式的推导， 中国几种 代表性煤种的灰硫比， 以及灰硫比与腐蚀和提效幅度的关系作了深入的分析。为我国低低温电除尘器的研究和应用 推广提供参考。 关键词 低低温电除尘技术; 灰硫比; 低温腐蚀; SO3;去除 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201502016 CALCULATION OF DUST/SO3ＲATIO FOＲ LOW- LOW TEMPEＲATUＲE ELECTＲOSTATIC PＲECIPITATOＲ AND ANALYSIS OF COALS IN CHINA He YuzhongZhao HaibaoLi JianguoYao Yuping Zhejiang Feida Environmental Science ＆ Technology Co． ， Ltd，Zhuji 311800，China AbstractLow- low temperature electrostatic precipitator LLT- ESPtechnology is a new technology and has become the mainstream of smoke- gas treatment in Japan，as it can improve the collection efficiency of PM and SO3． D/S ratio Dust/SO3ratiowhich means the ratio of PM concentration mg/m3to SO3 mg/m3 ，is one of the most important parameters in ESP selection and the measure of low temperature corrosion happens or not． It was analyzed the definition and ula of D/S ratio and calculated some representative coals in China． The relationship of D/S ratio to corrosion and the increase of efficiencies was given，which provided reference for study and application of LLT- ESP in China． KeywordsLLT- ESP;D/S ratio;low- temperature corrosion;SO3;removal * 浙江省重大科技专项计划项目 2013C01054 。 收稿日期 2014 －04 －19 0引言 低低温电除尘器可降低粉尘比电阻， 具有避免反 电晕现象， 提高除尘效率， 对煤种适应性更好， 可去除 大部分的 SO3等优点， 在日本已成为燃煤电厂烟气除 尘的首选技术。 1低低温电除尘器特点 低低温电除尘器通过烟气冷却器降低电除尘器 入口烟气温度至酸露点以下， 一般在 90 ℃左右。这 样可使烟气中的大部分 SO3在烟气冷却器中冷凝成 硫酸雾并粘附在粉尘表面， 使粉尘性质发生很大变 化， 降低了粉尘比电阻， 避免反电晕现象， 提高除尘效 率， 同时去除大部分的 SO3［1 ］。 1 除尘效率高。由于烟气温度低于酸露点温 度， 烟气中大部分 SO3冷凝并粘附在粉尘表面， 粉尘 性质发生了很大变化， 比电阻大幅下降， 电除尘器的 除尘效率提高。 另外， 由于烟气温度降低， 烟气量下降， 电除尘电 场流速降低， 增加了粉尘在电场的停留时间， 比集尘 面积提高， 而且电场击穿电压上升， 除尘效率得到大 幅提高。三菱重工关于烟气温度与除尘效率的关系 如图 1 所示， 相比低温电除尘器对于不同煤种除尘效 率波动大， 低低温电除尘器对于不同煤种的除尘效率 稳定在 99. 5以上 ［2- 3 ］。 2 去除烟气中大部分 SO3。烟气温度降至酸露 点以下， 气态的 SO3将转化为液态的硫酸雾。因烟气 含尘浓度很高， 粉尘总表面积很大， 这为硫酸雾的凝 67 环境工程 Environmental Engineering 图 1烟气温度与除尘效率的关系 Fig．1Gas temperature vs． particulate removal efficiency 结附着提供了良好的条件。低低温电除尘系统对于 SO3去除率可达 95 以上， 出口浓度低于 3. 57 mg/ m3［4 ］， 是目前 SO3去除率最高的烟气处理设备。 3 二次扬尘增加。粉尘比电阻的降低会削弱捕 集到阳极板上的粉尘的静电粘附力， 导致二次扬尘现 象比低温电除尘器增加。需采用下述措施 1 适当增加电除尘器容量及采用振打优化技 术， 即通过加大流通面积， 降低烟气流速， 设置合适的 电场数量， 并调整振打制度来控制二次扬尘。 2 当需控制电场数量时， 可采用旋转电极式电 除尘技术或离线振打技术。 2灰硫比 2. 1灰硫比定义 灰硫比 D/S ， 即粉尘质量浓度 mg/m3 与 SO3 质量浓度 mg/m3 之比。 关于灰硫比的定义， 国外存在不同的观点， 三菱 重工、 住友重工、 美国南方公司等相关专家认为灰硫 比是粉尘浓度和硫酸雾 H2SO4 浓度之比， 日立相关 专家认为灰硫比是粉尘浓度和 SO3浓度之比。两种 定义方法基本原理相同， 仅在计算量值上略有差异 SO3分子量为 80， H2SO4分子量为 98 。本文取灰 硫比定义为粉尘浓度与 SO3浓度之比。 2. 2灰硫比估算公式推导 在燃煤锅炉中， 燃煤中的硫在燃烧过程中除少部 分的非燃性硫 约占 5 ～10 残留在灰分中， 绝大 部分都被氧化生成 SO2， 在完全燃烧情况下， 生成 SO2 的同时， 小部分 SO2会被进一步氧化成 SO3。根据马 广大主编的大气污染控制工程 记载的实测数据， 一般燃煤在燃烧条件下锅炉中 SO3转化率为 0. 5 ～ 2. 5。脱硝系统中 SO2转换为 SO3的转换率为 0. 3 ～1。综上所述， SO2转换为 SO3的转换率为 0. 8 ～3. 5。根据国内外锅炉和脱硝系统情况分 析， 华能国际所属燃煤电厂 SO2转换为 SO3的转换率 可取 0. 8 ～3. 0。由于日本本土燃煤电厂的锅炉 SO2转换为 SO3的转换率为 0 ～1. 0， 脱硝系统中 转换率为 0 ～1. 0， 因此， 日本本土燃煤电厂 SO2 转换为 SO3的转换率可取 0. 8 ～2. 0。 根据灰硫比的定义和 SO3吸附在粉尘表面的规 律， 推导出燃煤电厂烟气灰硫比的估算公式 1 和 SO3流量的估算公式 2 。 CD/S CD CSO3 1 CSO3 η1 η 2 M Sar 80 32 2 式中 CD/S为灰硫比值; CD为烟气冷却器入口粉尘浓 度， mg/m3。计算时可用粉尘流量， t/h; CSO 3为烟气冷 却器入口 SO3浓度， mg/m3。计算时可用粉尘流量， t/h; η1为燃煤中收到基硫转换为 SO2 的转换率 可 按 100 考虑， 此时灰硫比最小 ; η2为 SO2转换为 SO3的转换率 0. 8 ～ 3. 5， 一般取最大值 3. 5， 华能国际所属燃煤电厂 SO2转换为 SO3的转换率可 取 3. 0， 日本本土燃煤电厂 SO2转换为 SO3的转换 率可取 0. 8 ～ 2. 0 ; M 为锅炉燃煤量， t/h; Sar为 煤中收到基含硫量， 。 烟气中的 SO3浓度或流量数据宜由锅炉制造厂 或脱硝制造厂提供， 当缺乏制造厂提供的数据时， SO3 浓度或流量按式 2 进行估算。 2. 3灰硫比计算实例 灰硫比的计算是低低温电除尘器在设计中必须 考虑的重要参数， 也是与常规电除尘器选型设计中不 同的一点。低低温电除尘器的选型设计需充分考虑 烟气灰硫比、 酸露点、 二次扬尘特性及应对措施， 因 此， 灰硫比在实际工程中的计算非常重要。以国内即 将投运的具有代表性的华能浙江长兴低低温电除尘 项目为例， 示例具体计算过程如下。 已知条件 锅炉燃煤量 255. 93 t/h 设计煤种 ; 电除尘器入口设计烟气量 2 358. 03 m3/s; 电除尘器 入口设计含尘浓度 9. 17 g/m3; 电除尘器入口烟气温 度90 ℃; 收到基硫含量0. 57; 露点温度102. 98 ℃。 计算过程 1 锅炉燃煤量 255. 93 t/h 71 091. 7 g/s; 77 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 2 燃煤中的基硫一般 90 以上转换成 SO2， 此处以 100考虑， 灰硫比为最小; 3 SO2转换为 SO3转换 率 0. 8 ～ 3. 5， 取最大值 3. 5; 4 SO3中 S 的量 3. 5 71 091. 7 g/s 0. 57 14. 18 g/s; 5 SO3硫 量 14. 18 g/s 32 80 35. 46 g/s; 6 电除尘器设 计含尘浓度 工标况换算 9.17 g/m3［ 273 90 273 ］ 6.9 g/ m3; 7 6.9 g/m3 358 m3/s 2 4 940. 4 g/s; 8 灰硫比 4 940. 4 g/s 35. 46 g/s 139。 同理， SO2转换为 SO3的转换率取 3. 0时， 灰硫比值 为 162。 2. 4灰硫比与腐蚀的关系 灰硫比是评价烟气腐蚀性的重要参数。日本学 者的研究结果显示 ［5 ］， 合适的灰硫比可保证 SO 3凝 聚在粉尘表面， 不会发生设备腐蚀。 三菱重工的试验研究表明当灰硫比大于 10 时， 腐蚀率几乎为零， 如图 2 所示， 三菱重工实际应用的 低低温电除尘器灰硫比一般远大于 100， 三菱重工已 经交付的火电厂低低温电除尘器都没有低温腐蚀 问题 ［6- 7 ］。 注 ○ 实验数据;SO3 3. 57 ～49. 98 mg/m3;H2O 8 ～10 图 2灰硫比 D/S 与腐蚀率的关系 Fig．2D/S ratio vs． metal corrosion rate 美国南方电力公司也通过灰硫比来评价腐蚀程 度， 如图 3 所示， 试验结果显示， 当含硫量为 2. 5 时， 灰硫比在 50 ～100 可避免腐蚀。 根据国内燃煤电厂的实际情况， 即使对于高硫 煤， 当灰硫比大于 50 时， 也不存在低温腐蚀风险。 2. 5灰硫比与提效幅度的关系 当灰硫比过高时， 烟气在低低温电除尘器中的提 效幅度有限， 而采用加 SO3的烟气技术， 低低温电除 尘器的除尘效率将大幅提高。 由于低低温电除尘器在低硫煤种时， 比如煤种收 到基硫小于0. 4， 烟气因 SO3的结露而改善的幅度较 小， 尤其是粉尘进口浓度较高时。若在这种情况下进 行加 SO3烟气调质处理， 效果远远大于常规电除尘器， 注 粉尘浓度为 9 000 ～14 000 mg/m3;硫酸雾浓度为 30 98/22. 4/0. 8 164 mg/m3;D/S 为 55 ～85 图 3美国南方电力公司评价腐蚀方法［8- 9 ］ Fig．3uation of metal corrosion ratio by the American southern company 因为 SO3进入低低温电除尘器时， 烟气温度在酸露点 以下， SO3可以有效地结露， 从而大幅提高烟气性质。 住友重机研究表明 ［10 ］， 在低低温电除尘器入口 烟道内或进口封头靠近入口烟道的位置注入 SO3或 硫酸， 由于入口烟道下游部分的烟气温度在酸露点以 下， SO3或硫酸会变成雾状 SO3， 使集尘空间内部会 变成高电场。足够的雾状 SO3会完全吸附或附着在 烟气中的粉尘上， 改善粉尘性质， 大幅提高低低温电 除尘器的除尘效率。在使用烟气调质技术时， SO3注 入浓度宜满足以下公式 注入 SO3浓度 mg/m3 3.57 ＜ ［ 2 低低温电 除尘器入口含尘浓度 g/m3－ 注入 SO3或 硫酸前的烟气 SO3浓度 mg/m3 3. 57］ 3 3国内主要煤种灰硫比特性分析 为区分煤种硫灰的不同性质， 将硫分及灰分高低 按以下原则确定 收到基硫含量≤1 称为低硫; 1 ＜ 收到基硫含量≤2称为中硫; 收到基硫含量 ＞2 称为高硫。入口粉尘浓度≤10 g/m3称为低灰; 10 g/ m3＜ 入口粉尘浓度≤20 g/m3称为中灰; 入口粉尘浓 度 ＞20 g/m3称为高灰。 对国内主要煤种进行灰硫比计算， 将结果汇总分 类后， 如表 1 所示。 由表 1 可知 灰硫比均大于 50， 一般大于 100。 事实上， 我国大部分煤种的灰硫比均大于 50， 低低温 电除尘器对我国大部分煤种的适应性较好。 4结论 灰硫比是低低温电除尘器设计和选型的关键参 数之一， 本文在分析低低温电除尘器特点的基础上， 给出了灰硫比的定义、 计算公式、 计算实例， 重点分析 87 环境工程 Environmental Engineering 表 1灰硫比计算值分析 Table 1Analysis of D/S calculation values for different coals 硫、 煤成分电厂或煤种 灰硫比 SO2转换成 SO3 转换率取3. 5 SO2转换成 SO3 转换率取3. 0 低硫高灰煤 内蒙古大唐托克托电厂 2 600 MW 机组 732854 淮南烟煤557650 平顶山烟煤15461804 山西同忻煤390455 低硫中灰煤 神华烟煤199232 低硫低灰煤 华能浙江长兴电厂 2 660 MW 机组 低低温 ESP 139162 中硫高灰煤 山东潍坊2 670 MW 机组403470 江西丰城煤203237 中硫中灰煤 土耳其2 600 MW 机组152178 茌平信源 6 660 MW 机组 D 为29 g/m3， S 为3. 2 7588 高硫高灰煤 重庆松藻贫煤 D 为 31. 74 g/ m3， S 为3. 47 86100 国电安顺 1 号、 2 号机组 D 为 45 g/m3， S 为4. 08 110128 了灰硫比过小与腐蚀的关系和灰硫比过大与提效幅 度的关系， 并提出了相应解决和改善的措施。通过分 析国内主要几种煤种的灰硫比， 认为我国大部分煤种 适合应用低低温电除尘器， 为我国大规模应用低低温 电除尘器奠定了基础。 参考文献 ［1］郦建国， 龙辉， 郦祝海， 等． 低低温电除尘技术研究及应用［C］∥ 第十五届中国电除尘学术会议论文集， 2013 17- 26. ［2］Yoshio Nakayama， Satoshi Nakamura， Yasuhiro Takeuchi， et al． MHI High Efficiency System- Proven Technology for Multi Pollutant Ｒemoval ［ Ｒ ］ ． Hiroshima Ｒesearch ＆ Development Center， 2011 1- 11. ［3］Masami Kato， Tadashi Tanaka， Yasuki Nishimura， et al． and system for handling exhaust gas in a boilerUSA，5282429 ［P］．1994 －02 －01. ［4］Mori Yusuke， Tsumita Yoshimitsu， Matsumoto Ario， et al． Operation results of IHI flue gas desulfurization system- unit No．1 1000MW of Hitachinaka Thermal Power Station for TEPCO ［J］．IHI Engineering Ｒeview， 2006， 39 1 22- 26. ［5］SugitaY．DevelopmentandDemonstrationofWasteHeat Integration with Solvent Process for More Efficient CO2Ｒemoval from Coal- Fired Flue Gas［Ｒ］． 2012. ［6］Stephen L Francis， Andreas Bck， Per Johansson．Ｒeduction of rapping losses to improve ESP perance［J］． 11th International Conference on Electrostatic Precipitation， 2008， 30 5 45- 49. ［7］Slim Pseries． Mitsubishi High Efficiency System- Ultimate Solution for SO3，PM and Mercury［Ｒ］． 2003 1- 38. ［8］Toshiaki Misaka， Yoshihiko Mochizuki．Ｒecent application and running cost of moving electrode type electrostatic precipitator［C］ ∥11th International Conference on Electrostatic Precipitation， 2008 518- 522. ［9］YasuhiroTakeuchi．AQCSTechnologythatＲemovesTrace Compounds from Boiler Exhaust Gas［Ｒ］．Hitachi Technology 2008- 2009． Social Infrastructure Business， 2009 1- 18. ［ 10］Andreas Bck． Enhancing ESP efficiency for high resistivity fly ash by reducing the flue gas temperature ［C］∥ 11th International Conference on Electrostatic Precipitation， 2008 406- 411． 第一作者 何毓忠 1970 － ， 男， 高级工程师， 主要研究方向为烟气除 尘的技术、 管理。heyuzhong2002163． com 通信作者 赵海宝 1987 － ， 男， 硕士研究生， 主要研究方向为电除尘 技术研究及电除尘设计。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 zhaohaibaozj163． com 上接第 108 页 ［5］雷存友， 吴彩斌． 铜冶炼炉渣综合利用技术的研究和探讨［C］∥ 首届铜渣综合利用技术交流会材料汇编． 贵溪 中国资源综合 利用协会， 2013 83- 88． ［6］张海鑫． 浅谈铜冶炼渣缓冷工艺［ J］ ． 中国有色冶金， 2013 3 32- 34． ［7］谭春梅． 智利铜渣还原 一个废物管理项目的案例［J］． 中国有 色冶金， 2011 6 1- 5． ［8］张林楠， 张力， 王明玉， 等． 铜渣贫化的选择性还原过程研究 ［J］． 有色金属， 2005， 57 3 42- 46． ［9］庞建明， 郭培民， 赵沛． 铜渣低温还原与晶粒长大新技术［J］． 有色金属 冶炼部分 ， 2013 3 51- 53． ［ 10］王建春， 刘荣幸， 王传杰． OTS 直接还原法处理铜弃渣制成含铜 还原铁的工艺试验与应用［C］∥首届铜渣综合利用技术交流 会材料汇编． 江西 贵溪 中国资源综合利用协会， 2013 109- 113． ［ 11］李磊， 胡建杭， 王华． 铜渣熔融还原炼铁过程反应热力学分析 ［J］． 材料导报 B， 2011， 25 7 114- 117． ［ 12］庞建明， 郭培民， 赵沛． 铜渣低温还原与晶粒长大新技术［J］． 有色金属 冶炼部分 ， 2013 3 51- 53． ［ 13］梁英教， 车荫昌． 无机物热力学数据手册［M］． 沈阳 东北大学 出版社， 1993． ［ 14］徐莉， 胡志安． 矿棉生产技术发展前景探讨［J］． 宝钢技术， 2002 4 57- 59. ［ 15］张耀明， 李巨白， 姜肇中． 玻璃纤维与矿物棉全书［M］． 北京 化 学工业出版社， 2001 21- 22． 第一作者 郝以党 1975 － ， 男， 硕士， 高级工程师， 主要研究方向为冶 金固废资源化利用。hyidang126． com 通信作者 吴龙 1985 － ， 男， 工学博士， 主要研究方向为冶金工艺及 固废资源化利用。jieke8857126． com 97 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control