SO3

煤电机组实现超低排放后，Hg和SO等非常规污染物成为燃煤电厂下一步烟气污染物治理工作的重点。烟气Hg和SO，污染对环境危害大，严重威胁人体健康，而且超低排放后SO浓度升高，给煤电机组带来空预器堵塞、设备腐蚀、有色烟羽等一系列问题。北京市地方标准要求燃煤锅炉承排放浓度限值为0.5Hg/Nm，杭州市地方标准已将燃煤机组SO，排放浓度限值列入征求意见稿。 现有环保设备对Hg和SO的协同脱除能力无法应对未来更严格的环保标准要求。燃煤电厂脱除烟气中Hg和SO主要采用单一污染物控制技术，即采用改性活性炭/改性飞灰吸附技术和湿式电除尘技术来分别脱除烟气中Hg和SO。然而，随着污染物控制种美不断增加，烟气净化设备数量逐渐增多，不仅提高了设备投资和运行费用，还使整个末端污染物治理系统更加庞大复杂，占地大、能耗高、运行风险大、副产物二次污染问题十分突出。同时，湿式电除尘设备安装在烟道尾部，在一定程度上能解决燃煤机组SO减排问题，但不能改善上游设备的工作条件，解决不了空预器堵塞、烟道腐蚀等影响机组安全可靠性的问题。利用一套设备实现多污染物协同脱除，已成为当前燃煤电厂可持续发展的必然选择。

为系统分析燃煤机组SO3排放特性，通过对58台机组SO3生成和脱除情况进行测试，分析了炉内燃烧SO3生成、脱硝系统SO2/SO3转化情况，以及干式除尘器、湿法脱硫系统和湿式除尘器对SO3的脱除效果，从而获得燃煤机组SO3生成、迁移及控制规律。结果表明：燃煤机组SO3生成主要是由炉膛燃烧生成和脱硝系统SO2转化生成，其中炉内燃烧SO3的生成率约为炉内燃烧产生的SO2总量的1%，脱硝系统SO2/SO3的转化率也约为1%。静电除尘器、电袋除尘器以及湿法脱硫系统对SO3的脱除效果有限，静电除尘器SO3脱除效率为15%~25%，电袋除尘器为20%~40%，湿法脱硫系统为40%~60%；而低低温除尘器和湿式除尘器具备较高的SO3脱除效果，低低温除尘器SO3脱除效率为50%~80%，湿式除尘器为70%~90%。因此通过控制燃煤硫份或脱硝系统SO2/SO3转化率可以有效地控制SO3的生成，采用低低温除尘器和湿式除尘器可以有效降低SO3的排放，通过干式除尘器+湿法脱硫系统+湿式除尘器可将SO3控制在10 mg/m3以下。

本项目属于工程热物理与能源利用学、大气污染防治、大气污染控制工程等领域。在国家和省部级科研项目的持续支持下，华能集团、华中科技大学、安徽紫朔环境工程技术有限公司、山东永耀琦泉环保科技有限公司等单位经过近十年的研发，系统研究了SO2、SO3、烟尘、NOx、Hg等污染物的高效脱除规律及一体化脱除规律，掌握了对各种工业过程具有普遍适用性的多污染物一体化干法脱除技术，主要科技内容如下：（一）搭建了计算机仿真模型、机理性试验台架与中间试验台架，计算机仿真和试验相结合，研究了大浓度范围内的污染物（SO2、SO3、烟尘、NOx、Hg等）脱除机理，掌握了污染物脱除效率的最大化规律和多污染物脱除的相互影响机制，筛选获得了高效、价廉的吸附剂/添加剂/催化剂，阐明了陶瓷催化过滤管的反吹再生机制。（二）借助催化剂理论计算、表征测试、性能评价等，分析了各组分赋存形态与催化剂性能之间的关系，掌握了催化剂抗中毒机理，成功开发了高效的低温脱硝催化剂配方；掌握了催化剂均布负载技术，摸清了烟尘捕集效率高、脱硝活性强的陶瓷催化过滤管的制备方法，在国内首次实现高效陶瓷催化过滤管的量产，通过精准调控脱硝催化剂的配方，可定制生产满足不同行业需求的陶瓷催化过滤管。（三）研发并建成了国内首台全尺寸陶瓷催化过滤管脱除多污染物的测试平台，为工程建设前评估陶瓷催化过滤管的性能提供了有效手段；开展了不同行业的一体化脱除工程的设计与放大研究，在国内首次将自主研发的陶瓷催化过滤管一体化脱除技术应用到生物质电厂、焦化行业，改造后硫、尘、硝均达到超低排放水平。项目取得授权发明专利18项、实用新型专利11项、软件著作权1项；出版专著1部，发表中文核心期刊论文20篇，SCI论文20篇。 本技术在60余家单位成功工程应用，稳定地实现了硫、尘、硝的超低排放，而且没有脱硫废水、烟囱防腐、白色烟羽等相关问题，具有较好的推广应用前景。该技术被列入了《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》（2017年版、2020年版），分别由中国电机工程学会和中国炼焦行业协会组织的成果鉴定认为该技术可广泛应用于生物质电厂、焦化、钢铁、水泥、燃煤电厂等行业的烟气治理，具有较好的应用和推广价值。

近年来国家环境质量总体有所改善，电力行业贡献巨大。但部分地区雾霾频发，特别是“湿法脱硫导致雾霾”掀起巨大舆论波澜，使得烟气中非常规污染物的准确测试与治理成效科学评估成为煤电科学发展的重大战略需求。在GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》推动下，尤其是在超低排放完成后，燃煤电厂排放烟气中呈现出低温、高湿、低浓度、流场复杂的特征，测试和评估面临着精准检出难、准确验证难、现场组织难、能耗耦合难等世界范围内的行业性难题。本项目历时10年，率先开发出覆盖湿烟羽主要非常规污染物PM2.5、SO3、NH3的测试方法、仪器，构建了大型环保测试体系和削污能效综合评估方案。 成果授权发明专利8项、其他知识产权27项、论文33篇；成果应用于15家电科院、环境监测（中心）站、社会化检测机构的1600多项烟气治理新技术性能检测、16个“大气重污染成因与治理攻关”课题现场测试、10项湿烟羽治理工程科学评估；成果有力推动了煤电行业烟气治理技术进步，有力支撑了国家污染防治政策的制定和实施，为大气环境质量改善和煤电行业科学发展做出了重要贡献。

生态文明建设是关系中华民族可持续发展的根本大计，超低排放是燃煤电厂促进生态文明建设的重大举措。我国煤质分布因地域特点差异极大，复杂劣质煤主要表现出高硫、高灰、低挥发分、高沾污性或高磨损性等特点中的一项或多项，这些特点，给氮氧化物的经济和稳定的控制提出了巨大挑战。以贵州地区为例，截止2019年末，大型火力发电机组装机容量为2880万千瓦，其中，燃用高硫、高灰及高沾污性劣质无烟煤的W火焰锅炉为2174万千瓦；其余多数为燃用高灰、高磨损性劣质烟煤的切圆锅炉。前者将产生极高浓度NOx，SCR装置普遍严重堵灰，SO2/SO3转化量高，氨逃逸极难控制，空预器堵塞严重，是全世界NOx超低排放难度最大的一类机组，贵州仅2台66万千瓦机组实现了超低排放；后者造成了催化剂严重磨损，氨逃逸也极易超标。解决燃用复杂劣质煤机组NOx超低排放面临的突出问题，是我国火电机组全面实现NOx超低排放的“最后一公里”，意义重大。项目在国家“863”计划基础上，形成了燃用复杂劣质煤机组的氮氧化物控制技术体系。 依托研究成果，主持或参编国家和行业标准4项，获得发明专利14项，实用新型专利16项，发表论文21篇，软件著作权1项，专著2部，科技查新结果为国内外首创；3项成果通过电机工程学会组织的技术鉴定，2项技术“国际领先水平”，1项技术“国际先进”。截至目前，相关技术已应用在贵州地区各型机组超过50台套，超过贵州总装机的70%，实现产值约26.6亿，新增利税约1.67亿，近10年累计为贵州等地区节省各类费用15.4亿元。

项目属环保领域，经中国电机工程学会组织鉴定，成果居国际先进水平。 机组超低排放改造后，煤质复杂，负荷调节频繁，SC脱硝运行工况发生了较大变化，导致氨耗量大，氨逃逸率高，硫酸氢铵（ABS）型空预器堵塞成为影响机组安全可靠性、经济运行的突出问题。目前治理空预器堵塞主要有被动治理和主动治理技术，被动治理技术主要采取改造空预器结构、提高空预器运行环境温度、机械除垢等方法，但不能解决ABS对除尘器、引风机的影响；主动治理技术主要采用降低氨逃逸率、SO3浓度的方法减少ABS生成量，实现空预器堵塞源头治理。项目研究了氨氮摩尔比对脱硝反应器内SO2/SO3转化率的影响，提出了以“脱硝系统深度优化，降低氨逃逸率和S02/S03转化率”为核心的空预器堵塞源头治理技术。首先针对锅炉、脱硝、空预器间的相互影响关系，采用大数据分析方法，研究SC脱硝运行评估方法，并建立评估系统：工艺方面，为提高SCR系统对工况变化的适应能力，研究SCR入口非均匀NOx浓度场对脱硝系统性能的影响，开发基于非均匀边界条件的脱硝系统优化技术和关键设备磨损量化评估技术，提高脱硝系统对运行环境的适应性；控制方面，针对脱硝控制系统存在控制滞后的问题，开发NOx浓度预测模型，并扩展到供氨区对喷氨控制的影响，同时兼顾SNCR-SCR联合运行，集成研发多装置协调优化的智能喷氨控制技术。

项目属环保领域，经中国电机工程学会组织鉴定，成果居国际领先水平。 环保政策标准日益严格，重金属汞（Hg）和三氧化硫（S03）等非常规污染物已成为煤电机组下步减排治理的重点。烟气中Hg浓度低、形态分布复杂，检测和控制难度大；加装SC后SO3浓度升高导致空预器堵塞、设备腐蚀、有色烟羽等问题凸显，严重影响机组安全、经济运行，但$03源头治理在国内尚未引起重视。现有活性炭脱汞、湿式电除尘脱$03等单一脱除技术存在系统复杂、建设投资大、运行成本高等问题，采用一套设备同时脱除Hg和S0，因两者理化特性差异大而一直难以实现，亟需在排放预测、基础理论、工艺设备等方面取得突破。项目开发了Hg和S03排放预测与协同脱除技术，首次完成了工程示范，为煤电机组多污染物协同脱除提供了完整的理论依据、技术路线和工程实现方法。

目前，燃煤电站的静电除尘器和 WFGD 等常规污染物控制设备对烟气中 SO3 脱除效率较低。主要的烟气 SO3 控制技术包括掺烧低硫煤、开发低 SO2/SO3 转化率的 SCR 脱硝催化剂、向燃煤中添加石灰石和采用湿式电除尘器进行物理脱除，上述设备和方法的 SO3 脱除效果也很难满足要求。目前公开了一种三氧化硫尾气吸收装置，包括吸收塔、三氧化硫反应塔等，该装置功能与 WESP 类似，无法解决 SO3 造成的空气预热器堵塞问题。另外一种利用天然碱浆液的 SO3脱除装置，该装置通过向烟道中注射天然碱浆液来脱除 SO3。浆液的物化特性和干粉理化特性不同，装置系统差别大，同时，浆液注射装置实现形式较复杂，可靠性较差。 本发明的干粉吸附剂烟道注射脱除 SO3 设备，可根据烟气中 SO2 浓度，使碱性吸附剂料粉的喷入量与烟气中 SO3 的量相匹配。从而保证了 SO3 脱除效果、节省碱性吸附剂料粉。本发明的干粉吸附剂烟道注射脱除 SO3 设备，所述储罐顶部装有微正压装置，用于保持储罐内 0.4kPa-0.8kPa 的微正压，实现粉料防潮和下料顺畅的功能。所述的气动给料机不仅给料速度快，且工作性能稳定可靠。另外，所述粉料储罐和称重罐顶部均设置有过滤器，用于过滤从所述罐中排出的含粉尘气体，减少污染环境和对操作人员的粉尘伤害。本发明的 SO3 脱除设备，可通过调节旋转阀改变料粉注射量，使碱性吸附剂注射量与烟气中 SO3 的量相匹配。从而保证了脱除效率、由此节省了碱性吸附剂。因此，本发明的干粉吸附剂烟道注射脱除 SO3 设备具有脱除 SO3效率高，脱除 SO3 彻底，性能稳定可靠，以延缓 SO3 造成的空气预热器堵塞，减少 SO3 引起的下游设备腐蚀，有效降低烟气中的 SO3 含量，减小对生态环境的破坏，并可有效节省碱性吸附剂的特点。

项目属于大气污染防治领域，是河北省火力发电节能环保工程技术中心重点支撑项目，获国网河北省电力有限公司科技成果一等奖。火电产生的多种污染物是雾霾前驱体的主要来源之一，近年来相关环保设施虽经多次以单一污染物为主的升级改造，但总污染排放量仍超环境承载力，迫切需要持续深度减排。然而，常规污染物已进入低浓度区，且N2O、SO3、NH3等影响也成为核心限制，深度脱除加剧了环保与经济安全的矛盾，需在减排机理和技术上进行突破。历时十年持续攻关，建立省内首个脱硫-脱硝-脱汞联合实验室，与龙头环保企业联合研发，结合“总理基金”项目（大气重污染成因与治理攻关），攻克了多种含氮污染物减量相互制约、低浓度SO2吸收平衡限制、协同治理体系缺失等难题，形成污染物深度治理技术，实现了规模化产业应用。项目形成专利27项、论文17篇、专著1部，制定行业标准3项，获得CNAS/CMA资质检测能力60余项，且相关实验室纳入国家生态环境部认证序列。实现京津冀首台600MW机组“绿色发电”改造应用，新华网、凤凰网等媒体进行了报道。近三年，自主及合作推广深度减排机组达200余台，推动了燃煤行业污染治理技术进步，促进了环境空气质量持续提升。