摘要：為研究煙氣“消白”工程的環(huán)境效益，采用RJ-SO3-M型便攜式SO3分析儀對河北邯鄲某電廠600 MW機(jī)組煙氣“消白”工程進(jìn)行了現(xiàn)場測試，收集了煙氣“消白”工程實(shí)施前后相近運(yùn)行負(fù)荷、相近煤質(zhì)、相同時間段的煙塵、SO2、NOx的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，煙氣“消白”工程中的冷卻降溫對FGD、WESP脫除SO3的影響很小，煙氣溫降與FGD、WESP、FGD+WESP對SO3的脫除效率之間沒有相關(guān)性，溫降為0 ℃、2.9 ℃、3.9 ℃和5.8 ℃的4種工況條件下，F(xiàn)GD+WESP對SO3總的脫除效率介于75.6%~81.9%，平均為78.9%。煙氣“消白”工程中，煙氣降溫有利于WESP對顆粒物的脫除，煙塵排放質(zhì)量濃度約下降0.5 mg/m3，SO2和NOx排放濃度基本無變化。煙氣中SO3的脫除主要取決于FGD和WESP，而與煙氣是否冷卻降溫基本無關(guān)。煙氣冷卻降溫不是減少污染物排放的有效方法。

引言

自2014年以來，中國大力推進(jìn)實(shí)施燃煤電廠超低排放改造，截至2019年年底，全國實(shí)現(xiàn)超低排放的煤電機(jī)組約8.9億kW，建成了世界上最大的清潔高效煤電供應(yīng)體系，為大氣污染物減排與環(huán)境改善做出了重要貢獻(xiàn)。但由于燃煤電廠燃用的煤炭僅占全國煤炭消費(fèi)總量的46.5%[1]，其他行業(yè)的煤炭應(yīng)用污染物排放尚未得到有效控制，秋冬季節(jié)在京津冀、汾渭平原等地霧霾仍不期而至。河北、天津、山西等地省、市、縣各級政府以減少以SO3為代表的可凝結(jié)顆粒物的排放為目的，紛紛出臺政策，要求實(shí)現(xiàn)超低排放的燃煤電廠對“白色煙羽”進(jìn)行治理，俗稱煙氣“消白”。一般要求非供暖季排煙先降到48 ℃以下，再加熱到54 ℃以上排放；供暖季排煙先降到45 ℃以下，再加熱到60 ℃以上排放，這些政策出臺的目的均提及為減少以SO3為代表的可凝結(jié)顆粒物的排放[2]，但除衡水市外均未明確SO3的排放控制限值要求[3]。2019年10月生態(tài)環(huán)境部牽頭印發(fā)的《京津冀及周邊地區(qū)2019—2020年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動方案》明確規(guī)定：對穩(wěn)定達(dá)到超低排放要求的電廠，不得強(qiáng)制要求治理“白色煙羽”。事實(shí)上煙氣“消白”工程的環(huán)境效益眾說紛紜，且部分媒體推波助瀾，為弄清煙氣“消白”工程中煙氣冷卻降溫對SO3、常規(guī)污染物（煙塵、SO2、NOx）的減排情況，本文對河北邯鄲某電廠1臺已經(jīng)完成煙氣“消白”工程的600 MW機(jī)組進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測。

1 測試機(jī)組及煙氣“消白”工程

1.1 測試機(jī)組概況

該機(jī)組于2007年1月投產(chǎn)，為600 MW亞臨界空冷燃煤機(jī)組，鍋爐為自然循環(huán)、單汽包鍋爐，固態(tài)連續(xù)排渣，直接空冷，后進(jìn)行尖峰冷卻改造，并增加機(jī)力通風(fēng)塔。2015年完成超低排放改造，采用低氮燃燒器加SCR煙氣脫硝，常規(guī)高壓電除塵器，單塔雙循環(huán)石灰石–石膏濕法脫硫（FGD），濕式電除塵器（WESP）。

1.2 煙氣“消白”工程

煙氣“消白”工程主要分為2種方案，一種是直接對煙氣進(jìn)行加熱，另一種是先對煙氣進(jìn)行冷卻再進(jìn)行加熱。由于對煙氣進(jìn)行直接加熱不能減少污染物排放，一般不被地方政府推薦。煙氣冷卻降溫目前主要有2種工藝，一種是通過冷凝的脫硫漿液來降低煙氣溫度，另一種是通過冷卻水、煙氣或空氣來降低煙氣溫度。煙氣加熱一般也有2種工藝，一種是采用煙氣加熱，另一種是采用蒸汽加熱[4-5]。

2018年5月在邯鄲市大氣污染防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室的要求下，該機(jī)組采用的是脫硫漿液降溫和蒸汽加熱方案實(shí)施煙氣“消白”工程改造，并于2018年年底完成。

改造方案是將脫硫吸收塔頂層、次頂層噴淋層作為脫硫漿液冷卻的低溫噴淋層，利用降溫后的循環(huán)漿液對飽和煙氣進(jìn)行降溫。漿液冷卻器冷卻循環(huán)水取自尖峰冷卻系統(tǒng)循環(huán)泵入口前集水池，換熱升溫后送至尖峰冷卻系統(tǒng)機(jī)力冷卻塔冷卻，完成冷卻水循環(huán)。供暖季100%負(fù)荷工況時，設(shè)計(jì)入口循環(huán)水溫度為15 ℃，出口循環(huán)水溫度為30 ℃，脫硫塔出口煙氣溫度不高于45 ℃；非供暖季100%負(fù)荷工況時，入口循環(huán)水溫度為30 ℃，出口循環(huán)水溫度為38 ℃，脫硫塔出口煙氣溫度不高于47 ℃。

蒸汽再熱方案采用機(jī)組輔汽為熱源，對濕式電除塵器出口濕煙氣進(jìn)行加熱升溫，疏水經(jīng)處理后返回至機(jī)組汽水系統(tǒng)。蒸汽加熱器布置在濕式電除塵器和煙囪之間。供暖季100%負(fù)荷工況時，設(shè)計(jì)蒸汽加熱器蒸汽流量為36 t/h（1.0 MPa、300 ℃），煙囪入口煙氣溫度大于65 ℃；非供暖季100%負(fù)荷工況時，蒸汽加熱器蒸汽流量為12 t/h（1.0 MPa、300 ℃），煙囪入口煙氣溫度大于54 ℃。

可見，為確保滿足邯鄲市大氣污染防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室的要求，煙氣“消白”工程在煙溫設(shè)計(jì)方面留有一定的裕度。

2 測試方法

2.1 SO3測試

選擇基于異丙醇吸收測試方法原理開發(fā)的RJ-SO3-M型便攜式SO3分析儀進(jìn)行現(xiàn)場測試，采樣溫度達(dá)到260 ℃，采樣槍內(nèi)襯為石英材質(zhì)，顆粒物過濾方式為后置過濾，SO3捕集方式為高效擾流吸收捕集技術(shù)，化學(xué)分析方法為氯冉酸–分光光度法，可以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的SO3測試[6]。為驗(yàn)證RJ-SO3-M型便攜式SO3分析儀連續(xù)監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用DL/T 1990—2019《火電廠煙氣中SO3測試方法 控制冷凝法》與RJ-SO3-M便攜式SO3分析儀在線監(jiān)測進(jìn)行了比對試驗(yàn)，控制冷凝法每次采樣時間在45 min左右，在線監(jiān)測為1 h均值，結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，在線監(jiān)測方法與控制冷凝法相比，在不同位置、不同煙氣環(huán)境、不同SO3濃度條件下，測試結(jié)果均具可比性，相對偏差都在5%以內(nèi)；在WESP出口SO3濃度較低條件下，控制冷凝法測試結(jié)果均偏低，推測是因?yàn)榈蜐舛葪l件下手工操作過程中造成的SO3損失對測試結(jié)果影響更為明顯。

對煙氣“消白”工程的測試，機(jī)組負(fù)荷率在90%左右，煤質(zhì)保持穩(wěn)定，調(diào)整漿液冷卻器的出力設(shè)置4個不同工況，每個工況穩(wěn)定持續(xù)時間超過3 h，分別測試每個工況FGD入口、出口和WESP出口的SO3濃度和FGD出口煙氣溫度。測試時間為2019年1月。

2.2 常規(guī)污染物測試

煙氣“消白”工程實(shí)施前后，機(jī)組配套的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，且均依據(jù)HJ 75—2017《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行了校準(zhǔn)和校驗(yàn)，監(jiān)測數(shù)據(jù)獲得各級環(huán)保行政主管部門的認(rèn)可。

本次結(jié)合機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的歷史情況，提取機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷相近、煤質(zhì)相近的2017年3月與2019年3月的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3 測試結(jié)果與討論3.1 SO3及煙溫測試結(jié)果與討論

（1）SO3及煙溫連續(xù)監(jiān)測結(jié)果

4種工況下煙氣治理過程中SO3濃度及脫硫塔出口煙溫連續(xù)監(jiān)測結(jié)果見表2。

從表2可以看出，連續(xù)監(jiān)測過程中工況非常穩(wěn)定，最小負(fù)荷率88.3%，最大負(fù)荷率91.2%，負(fù)荷波動遠(yuǎn)小于5%的監(jiān)測要求。隨著漿液冷卻器出力的增加，F(xiàn)GD出口煙溫持續(xù)下降，最大降幅達(dá)5.8 ℃，相應(yīng)煙溫僅41.7 ℃，完全滿足地方政府要求的采暖季煙氣降溫至45 ℃以下。煙囪入口煙氣溫度的連續(xù)監(jiān)測結(jié)果表明，排放煙氣溫度可以穩(wěn)定達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求的65 ℃以上，說明煙氣“消白”工程是成功的。

（2）煙氣溫降與SO3脫除的關(guān)系

一般認(rèn)為降溫過程中煙氣中的氣態(tài)水會凝結(jié)成液態(tài)水，煙氣中的SO3會溶于凝結(jié)水中而被脫除，降溫幅度越大，脫除效率越高。為弄清實(shí)際情況，依據(jù)表2中的數(shù)據(jù)作出煙氣治理過程中SO3的濃度隨煙氣溫降的關(guān)系（見圖1）。

從圖1和表2中可以看出，單塔雙循環(huán)石灰石–石膏濕法脫硫?qū)煔庵蠸O3具有較為明顯的脫除效果，脫除效率介于35.1%~63.8%，平均為51.4%，明顯高于單塔單循環(huán)脫硫塔對SO3的脫除效率（即30%左右）[7-8]，這是由于煙氣中的SO3不是以氣態(tài)形式存在的，而是以硫酸霧滴的形式存在[9-10]，雙循環(huán)吸收塔中煙氣與漿液的接觸時間更長、氣液交換更為充分，更多的硫酸霧滴被捕集；此外，雙循環(huán)中的高pH值吸收段更加有利于SO3被吸收，也會提高脫除效率。WESP對SO3也有明顯的脫除效果，脫除效率介于47.6%~71.7%，平均為54.7%，與現(xiàn)有研究WESP對SO3的脫除效率總體上介于30%~76%較為一致[11]。

從圖1和表2中還可看出，煙氣溫度下降幅度（溫降）對FGD、WESP脫除SO3的能力影響不大，溫降為0 ℃的SO3濃度變化曲線與溫降為5.8 ℃的變化曲線基本一致，說明溫降幅度增加并不能提高對SO3的脫除效率，顯然這無法實(shí)現(xiàn)許多地方政府希望通過降低煙氣溫度來減少SO3排放的目的，這是由于煙氣中的SO3已與水汽結(jié)合形成了硫酸霧滴，煙氣冷卻過程中會增加冷凝水霧滴，這些水汽霧滴可能會與硫酸霧滴碰撞促進(jìn)SO3脫除，但水汽霧滴數(shù)量的增加又會影響FGD、WESP對硫酸霧滴的脫除，所以總體上效果不明顯，4種工況下FGD、WESP對SO3總的脫除效率介于75.6%~81.9%，平均為78.9%。

為進(jìn)一步核實(shí)煙氣溫降與FGD、WESP對SO3脫除效率的關(guān)系，對煙氣溫降與脫除效率之間進(jìn)行了相關(guān)性分析（見表3）。

共測試了4種工況，置信水平為90%時臨界相關(guān)系數(shù)為0.90。由表3可知，煙氣溫降與FGD、WESP、FGD+WESP對SO3的脫除效率的相關(guān)系數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界相關(guān)系數(shù)，說明它們之間沒有相關(guān)性。

3.2 常規(guī)污染物

圖2所示為煙氣“消白”工程實(shí)施前后運(yùn)行負(fù)荷相近、煤質(zhì)相近的相同時間段煙氣連續(xù)監(jiān)測的煙塵、SO2和NOx排放濃度比較。

由圖2可知，對煙氣“消白”工程：（1）實(shí)施前后煙塵、SO2和NOx質(zhì)量濃度均分別穩(wěn)定小于5、35和50 mg/m3，滿足超低排放的要求；（2）實(shí)施后煙塵排放質(zhì)量濃度約下降0.5 mg/m3，這是由于煙氣降溫后，煙氣量減小，WESP內(nèi)煙氣流速下降，有利于煙塵被收集[12]；（3）實(shí)施前后SO2排放濃度基本無變化，這與石灰石吸收SO2的化學(xué)反應(yīng)與溫度關(guān)系不大相一致[13]；（4）實(shí)施后NOx排放質(zhì)量濃度約上升5 mg/m3，這與煙氣降溫?zé)o關(guān)，是由于煙氣“消白”工程實(shí)施過程中，對SCR流場進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，對NOx排放濃度控制更加穩(wěn)定，并適當(dāng)提高了NOx排放濃度的控制值，避免了工程實(shí)施前的過量噴氨及NOx排放濃度波動較大的現(xiàn)象[14]。

4 結(jié)論

（1）單塔雙循環(huán)石灰石–石膏濕法脫硫?qū)煔庵蠸O3具有較為明顯的脫除效果，脫除效率介于35.1%~63.8%，平均為51.4%，明顯高于單塔單循環(huán)脫硫塔對SO3的脫除效率（即30%左右）。

（2）煙氣“消白”工程中的冷卻降溫對FGD、WESP脫除SO3的能力影響很小，溫降為0 ℃的SO3濃度變化曲線與溫降為5.8 ℃的變化曲線基本一致，說明溫降幅度增加并不能提高對SO3的脫除效率。降溫為0 ℃、2.9 ℃、3.9 ℃和5.8 ℃ 4種工況條件下，F(xiàn)GD、WESP對SO3總的脫除效率介于75.6%~81.9%，平均為78.9%。

（3）相關(guān)性分析結(jié)果表明，煙氣溫降與FGD、WESP、FGD+WESP對SO3的脫除效率之間沒有相關(guān)性，進(jìn)一步說明煙氣降溫并不有利于FGD、WESP對SO3的脫除。

（4）煙氣“消白”工程中，煙氣降溫對WESP對顆粒物的進(jìn)一步脫除有一定效果，煙氣連續(xù)監(jiān)測結(jié)果中煙塵排放質(zhì)量濃度約下降0.5 mg/m3，SO2和NOx排放濃度基本無變化。

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