刘德强
青岛达能环保设备股份有限公司 山东青岛 266313
摘要：我国是作为以煤炭发电为主体的能源大国，燃煤过程中会排放大量的烟尘、二氧化硫及氮氧化物。随着国家环保要求的不断提高，为响应国家可持续发展政策的号召，燃煤烟气非常规污染物控制已逐步提上日程。研究人员不再把精力集中于常规污染物的脱除，而是逐渐开展对非常规污染物(如SO3、Hg、可凝结颗粒物等)脱除的研究。本文就此展开了研究。
关键词：燃煤电厂；烟气检测；污染物检测；协同控制技术
引言：
现阶段看来，我国的大气污染治理形势极其严峻，单项污染物分级治理的模式已经不适合我国当前的生产排放要求。合理地利用燃煤烟气的脱硫、脱硝和除尘设备之间的协同处理能力，降低各种污染物的排放已经受到国家和企业的高度关注。
1我国燃煤电厂超低排放改造存在的问题
1.1监测数据浓度过低
虽然经过超低排放工艺改造后，燃煤电厂烟尘排放浓度有了大幅度降低，且在设备运行过程中余量充分，能够有效应对工作环境、燃煤质量的变动。但是，在实际的运行中，一些燃煤电厂并没有真正意识到超低排放的涵义，一味地追求超低排放量，导致监测数据显示所排出烟尘的浓度低于限值，甚至出现了SO2监测排放质量浓度为0mg/m3。虽然对于污染物排放一直以来的重点都是如何最大可能降低其排放浓度，但是从当前排放浓度控制技术来看，如果长期维持低于限值的排放标准，则可能会导致烟气净化装置运行不正常。
1.2压红线运行
一些燃煤电厂所采取的方法与降低排放浓度的做法相反，在实际操作中为了降低成本，没有对污染物的排放浓度进行控制，存在“压红线”运行行为。这种操作容易使得燃煤锅炉机组的负荷、煤质出现变化，从而导致烟气中的污染物浓度出现波动，使得烟气排放中污染物浓度超标情况反复出现。造成这一现象的主要原因在于燃煤电厂管理人员环保意识不强，追求运行小指标考核。
2燃煤电厂烟气非常规污染物检测技术
2.1烟气中SO3的检测
2.1.1控制冷凝法
首先将燃煤烟气从烟道中等速抽取出来，在抽取过程中需对取样枪伴热，伴热温度要根据实际情况考虑，经验值一般取250~270℃，伴热温度对SO3取样影响极大，因为当伴热温度低于SO3的酸露点时，SO3会冷凝成液态，黏附在管道内壁，伴热温度过高会增加样气中SO2/SO3的转化率。采样后的样气经过滤后再进行收集。收集后的SO3经后续处理转化为硫酸根离子，可通过测量硫酸根离子的含量进行理论计算，得到相应的烟气SO3占比。溶液中硫酸根离子检测方法主要有：离子色谱法、容量滴定法和分光光度法。
2.1.2异丙醇溶液吸收法
异丙醇溶液吸收法是将烟气通入装有体积分数80%异丙醇溶液的撞击式取样器中，容器中的异丙醇溶液吸收烟气中的SO3，然后接2个装有3%双氧水的洗气瓶吸收SO2，异丙醇溶液和双氧水均放在0℃的冰浴中，最后通过高氯酸钡–钍试剂对收集在异丙醇溶液中的SO3进行滴定测定。由于高氯酸钡–钍试剂滴定效果不明显，有些研究人员采用紫外–可见光分光光度计测量酸根离子浓度。
2.2烟气中Hg的检测
2.2.1湿化学方法
首先用采样系统对烟气进行等速取样，为防止Hg2+在取样管中冷凝，需控制取样管的温度在120℃以上，然后利用石英纤维滤筒脱除HgP，接着烟气依次通过8个吸收瓶，烟气中的Hg2+由前3个装有1mol/LKCl溶液的吸收瓶收集，气态元素汞则由1个5%HNO3+10%H2O2和3个装有4%KMnO4+10%H2SO4溶液的吸收瓶收集，最后一个装有硅胶的吸收瓶用来吸收烟气中的水分，取样时间不能低于2h。
2.2.2干转化技术取样法
先将烟气通过石英过滤器，再依次通过取样系统内的单元式收集器，在收集器内部用固态吸附剂(改性活性炭一类)吸附气态Hg，脱除水分后通入流量计后排出，而固态吸附剂吸收的Hg通过一定的处理提取出来，再利用紫外线原子荧光法或者X射线荧光分析法测量Hg的含量。
3非常规污染物的协同控制
3.1SO3协同控制
3.1.1SCR对SO3的影响
当烟气途经选择性催化还原(SCR)脱硝系统时，由于SCR中催化剂对SO2催化氧化的副作用，部分SO2会转化为SO3。所以在选择催化剂的过程时，除了要提高脱硝效率，还应尽量控制副反应的发生[1]。研究表明，向SCR催化剂中添加SiO2在某种程度上能抑制SO2的转化。此外，可通过控制烟气温度和调节催化剂几何形状等方式降低SO2的转化。
3.1.2除尘设备对SO3的脱除
在烟气流经下游设备时，因为一部分SO3会被烟气中的粉尘吸附，从而被除尘设备脱除。静电除尘器(ESP)由于入口烟气温度较高，SO3不易发生冷凝，无法被烟尘附着，所以脱除效果不佳，设备脱除率一般在30%以下[2]。低温电除尘器(LLT-ESP)通过将烟温控制在酸露点以下，可使95%以上的SO3发生冷凝，从而被烟尘吸附。
.jpg)
图1 静电除尘器
3.2Hg协同控制
3.2.1Hg在SCR设备的协同脱除
SCR设备中的催化剂不仅可以促进NH3和NOx的反应，同时还可以把烟气中的一部分气态Hg0氧化成Hg2+，从而提高汞在WFGD设备中的脱除率。在SCR脱硝装置中，运行温度范围通常处于300~400℃之间，刚好与Hg发生异相催化氧化的温度区间吻合，所以SCR系统对Hg的转换极为有利。
3.2.2Hg在除尘设备中的协同脱除
由于烟尘具有吸附烟气中汞的作用，因此除尘设施具有附带除汞功能。除尘配置和各种形态Hg含量影响汞的脱除效果[3]。常规的静电除尘器仅能对HgP脱除，对气态Hg的脱除效果不明显。布袋除尘器在脱除易富集汞的超细粉尘方面较电除尘器有更好的效果。电袋复合除尘器结合了静电除尘和布袋除尘技术，由于粉尘在静电区经过预荷电，在布袋表面形成的粉饼相较于布袋除尘器表面的粉饼更蓬松，比表面积更大，所以对Hg的脱除效果更好。
3.2.3Hg在脱硫设备中的协同脱除
由于Hg2+易溶于水，且湿法脱硫设备的工作温度较低，利于Hg2+的吸收，但是脱硫系统对Hg0脱除效果不明显。在煤燃烧时适当加入一些氧化剂可以促进Hg0氧化成Hg2+，还可以在WFGD吸收塔内添加一定浓度的脱Hg络合剂[4]。当Hg2+在浆液中达到吸收饱和时，吸收脱汞率逐渐趋于下降，会造成一部分Hg2+未被脱除。络合剂能够与Hg2+反应生成络合物，以提高脱硫浆液中Hg2+的溶解度，再通过后续的污水处理去除Hg，从而提高汞在浆液中的脱除效果。
.jpg)
图2 石灰石-石膏湿法烟气脱硫
结束语：
针对燃煤烟气中非常规污染物的检测技术与协同控制技术进行了分析与论述。非常规污染物的准确检测是后续开展排放控制的前提。在当前燃煤电厂全面超低排放的形势下，充分发挥现有环保设施协同脱除非常规污染物的作用，才能真正满足国家相关环保政策的要求，实现可持续发展。
参考文献：
[1]任岩军,张铮,何京东,郭凤艳,赵思岚,王鸣宇,邓双.我国燃煤电厂大气汞控制技术综合评估与对策探讨[J].环境科学研究,2020,33(04):841-848.
[2]虞上长,白亮,李文华,吴金.燃煤电厂烟气多污染物深度测试研究[J].广东电力,2019,32(07):1-7.
[3]陈鹏芳,朱庚富,张俊翔.基于实测的燃煤电厂烟气协同控制技术对SO_3去除效果的研究[J].环境污染与防治,2017,39(03):232-235.
[4]张军,郑成航,张涌新,吴国潮,朱松强,孟炜,高翔,岑可法.某1000MW燃煤机组超低排放电厂烟气污染物排放测试及其特性分析[J].中国电机工程学报,2016,36(05):1310-1314.
作者简介：刘德强（1965.12—），男，本科，从事节能环保产品的设计制造