摘要：电除尘技术中的一项新技术就是低低温电除尘技术，它除了能够使电除尘器的除尘效率得到提高，还能够让电除尘器对煤种的适应性得到改善，另外，还可以清除掉烟气中绝大多数的三氧化硫，因此，低低温电除尘技术在日本逐渐地变成了燃煤电厂对烟气进行治理的主要技术。在低低温电除尘器的选型及设计当中，烟气的灰硫比（D/S）是一个很重要的参数，是评判电除尘器会不会被低温腐蚀的一大标准。本文主要介绍了烟气灰硫比的概念，对计算公式的推导以及国内主要几种典型煤种的灰硫比，还深入地分析了灰硫比对提效幅度与腐蚀的影响，希望能为我国低低温电除尘器的发展做出一定的贡献，并为之后的研究和应用能够提供一定的参考。
关键词：低低温电除尘器；灰硫比；中国煤种；SO3去除
前言
低低温电除尘器具有能够使粉尘的比电阻大幅度的降低，还能够使反电晕的现象得到避免，从而使除尘器的除尘效率得到提高，能够让多种煤得到适应，并且清除掉烟气中大多数三氧化硫的多条优点，在日本，低低温电除尘器这项技术已经变为了燃煤电厂中对烟气进行除尘的主要技术和首选技术。随着电力行业节能减排工作的推进，越来越多的机组已经或正在将原来的常规除尘器改造成低低温除尘器。常规除尘器本身的灰斗、灰斗气化风、绝缘子箱都是需要加热的，加热功率在500KW以内，不算很大。但如果烟气温度降低到露点附近，烟气中的干灰会变潮，流动性会变差，造成灰斗下灰困难，并有一定的腐蚀性，所以灰斗的加热功率要大大提高。
1低低温电除尘器的主要特点
低低温电除尘器是指通过低温省煤器或热媒体气气换热装置（MGGH）将电除尘器入口烟气温度降至酸露点温度以下，最低温度满足湿法脱硫系统工艺温度要求的电除尘器。这一技术能保持电除尘器的独特优点，大幅提高电除尘器的除尘效率，进一步扩大其适用范围。将电除尘器入口烟气温度降低至酸露点温度以下，使烟气中大部分SO3冷凝形成硫酸雾，粘附在粉尘表面并被碱性物质中和，粉尘特性得到很大改善，比电阻大大降低，从而大幅提高除尘效率。低低温除尘器可大幅减少SO3和PM2.5排放，电除尘器入口烟气温度降至酸露点温度以下，气态SO3将转化为液态的硫酸雾。因电除尘器入口含尘浓度很高，粉尘总表面积很大，为硫酸雾凝结附着提供了良好条件。SO3去除率通常可达90%以上，具体与烟气的灰硫比（D/S），即烟尘浓度（mg/m3）与硫酸雾浓度（mg/m3）之比有关。日本研究发现，当灰硫比大于100时，烟气中SO3去除率最高可达到95%以上，SO3质量浓度将低于3.57mg/m3。
1.1 除尘效率高
烟气的大部分S03之所以能够附着在粉尘表面并致使粉尘改变性质，主要是由于低低温电除尘器入口处的烟气温度在酸露点以下，粉尘性质变化较大程度降低了可能导致反电晕现象的比电阻，而且，烟气量随着其温度降低而下降，烟气流减速，电场内粉尘长足停留，增加了比集尘面积。这就是低低温电除尘器的除尘效果得以快速、高效提高的主要原因。通过GGH中的热交换将电除尘器的温度降低到低于正常的烟气温度，除尘效率随之提高,低低温电除尘器对所有煤种来说可谓是通通适用。
1.2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3.57mg/m3，是目前SO3去除率最高的烟气处理设备。
1.3二次扬尘增加
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。
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）[1]。
CD/S=CD/CSO3 （1）
CSO3=（η1×η2×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；CSO3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255.93t/h（设计煤种）；电除尘器入口设计烟气量2×358.03m3/s；电除尘器入口设计含尘浓度9.17g/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255.93t/h=71091.7g/s；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%×71091.7g/s×0.57%=14.18g/s；5）SO3硫量：14.18g/s÷32×80= 35.46g/s；6）电除尘器设计含尘浓度（工标况换算）：9.17g/m3×[273÷（90+273）]=6.9g/m3；7）6.9g/m3×358m3s×2 =4940.4g/s；8）灰硫比：4940.4g/s：35.46g/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，合适的灰硫比可保证SO3凝聚在粉尘表面，不会发生设备腐蚀。美国南方电力公司也通过灰硫比来评价腐蚀程度，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]。
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。
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≤10g/m3称为低灰；10g/m3＜入口粉尘浓度≤20g/m3称为中灰；入口粉尘浓度＞20g/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。
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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]何毓忠,赵海宝,郦建国,等.低低温电除尘灰硫比计算及煤种灰硫比特性分析[C]//中国电除尘学术会议.2015.
[2]何毓忠,赵海宝,郦建国,等.低低温电除尘器灰硫比计算及中国煤种分析[J].环境工程,2015,33(2):76-79.
论文作者:廖雄
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/12
标签：电除尘器论文; 烟气论文; 低温论文; 粉尘论文; 浓度论文; 燃煤论文; 转换率论文; 《电力设备》2017年第15期论文;