蔡培，趙洋

(國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031)

脫除三氧化硫解決空預(yù)器堵塞優(yōu)化方案研究

蔡培，趙洋

(國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031)

探討了SO3引發(fā)空預(yù)器堵塞的原因，分析了采用不同的吸收劑和噴射方式等脫除煙氣中SO3的技術(shù)的特點(diǎn)和問題，給出了以解決空預(yù)器堵塞為目的優(yōu)選方案。

SO3;吸收劑噴射;空預(yù)器堵塞

0 引言

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)逃逸的NH3與爐膛燃燒及催化劑催化生成的SO3發(fā)生反應(yīng)，生成粘性物NH4HSO4，在空預(yù)器中低溫段，該物質(zhì)攜同飛灰粘附于換熱元件上，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。另外，對(duì)空預(yù)器上的垢樣進(jìn)行采集分析，發(fā)現(xiàn)SO3與NH3的摩爾比與NH4HSO4中兩種成分的摩爾比不符，SO3含量明顯高出很多，說明結(jié)垢物上含有凝結(jié)的硫酸。通常導(dǎo)致硫酸凝結(jié)的原因是，在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，排煙溫度的選擇根據(jù)折算硫分計(jì)算硫酸露點(diǎn)的公式，催化劑催化生成的SO3抬高了露點(diǎn)，沒有被考慮。

氨逃逸率和SO3生成率是衡量催化劑性能的重要指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)的控制是降低空預(yù)器堵塞的有效手段。提高流場均勻性、噴氨優(yōu)化調(diào)整、低負(fù)荷下停止噴氨、煙氣加熱以及空預(yù)器清洗等，都是解決堵塞問題的方法。脫除煙氣中SO3，減少硫酸氫銨生成量，降低硫酸露點(diǎn)，同樣是解決空預(yù)器堵塞的方向。本文以解決空預(yù)器堵塞為目的，分析了采用不同方式脫除煙氣中SO3的技術(shù)特點(diǎn)，探討了脫除SO3的優(yōu)化方案。

1 幾種SO3脫除方案

1.1 爐內(nèi)噴堿土金屬/堿金屬

該方法采取在爐膛內(nèi)噴入堿性或還原性物質(zhì)脫除SO3，從爐膛到空預(yù)器出口煙氣停留時(shí)間可達(dá)20s左右，因此，噴射劑和SO3之間有充分的反應(yīng)時(shí)間。

利用堿土金屬物質(zhì)鈣、鎂與SO3反應(yīng)以脫除SO3的技術(shù)已經(jīng)有近40年研究歷史，通常的方法是將Ca(OH)2或Mg(OH)2配成漿液，然后噴入爐膛上部的不同溫度區(qū)域，SO3與鈣、鎂反應(yīng)生成硫酸鹽，隨后與飛灰一起在除塵裝置中被脫除。該種方法對(duì)在爐膛燃燒生成的SO3脫除效率可達(dá)80%。采樣分析的結(jié)果表明，生成的鈣鎂硫酸鹽并不降低飛灰的熔點(diǎn)。

而在爐膛內(nèi)噴入堿金屬鈉、鉀，采樣分析表明，生成的硫酸鹽往往會(huì)降低灰熔點(diǎn)，導(dǎo)致爐膛結(jié)焦。爐膛內(nèi)噴射堿金屬或堿土金屬吸收劑存在一個(gè)共同的問題，由于堿金屬或堿土金屬除與SO3反應(yīng)，同時(shí)還與煙氣中比SO3數(shù)量大得多的SO2發(fā)生反應(yīng)，使得煙氣在到達(dá)SCR之前噴射劑已基本耗盡，即無法脫除SCR系統(tǒng)內(nèi)催化生成的SO3。事實(shí)上，SCR催化生成的SO3大約占到總數(shù)一半，故這種方法對(duì)SO3的整體脫除率不高。

1.2 SCR前噴氨

試驗(yàn)結(jié)果表明，在SCR脫硝裝置中加大噴氨量，可以實(shí)現(xiàn)在除塵器出口SO3脫除效率達(dá)到90%。當(dāng)逃逸的氨與SO3上摩爾比達(dá)到2∶1以上時(shí)，兩者反應(yīng)主要生成粉末狀非粘性的硫酸銨而非粘性的硫酸氫銨，但作為副反應(yīng)產(chǎn)物，硫酸氫銨的生成仍不能避免，并且這時(shí)生成的硫酸氫銨在數(shù)量上比采用控制氨逃逸方法時(shí)的生成量要大。此外，由于煤種和運(yùn)行條件的變化，使得精確控制摩爾比難以實(shí)現(xiàn)。噴氨生成的硫酸鹽被除塵器脫除后混雜在飛灰中，隨著時(shí)間變化會(huì)揮發(fā)出來，引起新的環(huán)保問題，對(duì)灰渣的外賣和使用也產(chǎn)生負(fù)面影響。

1.3 SCR后噴堿土金屬/堿金屬

山東大學(xué)對(duì)采用Ca(OH)2和CaCO3脫除煙氣中的SO3進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ca(OH)2和CaCO3雖然與SO2也發(fā)生反應(yīng)，但優(yōu)選與SO3反應(yīng)。堿金屬鈉鉀的特點(diǎn)是堿性或還原性強(qiáng)，與煙氣中SO3反應(yīng)極快，碳酸鈉溶液噴入煙道與SO3反應(yīng)完成的時(shí)間是0.2s。

在SCR后噴堿金屬鈉鉀，避免了對(duì)催化劑的污染。在噴灑均勻、顆粒度細(xì)小和噴入量足夠的條件下，在空預(yù)器出口可獲得90%以上的SO3脫除效率。由于堿性或還原性很強(qiáng)，堿金屬鈉鉀還大量的與SO2反應(yīng)，生成亞硫酸鹽，可以減輕脫硫系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。無論是生成物是硫酸鹽或亞硫酸鹽，最終都混雜在飛灰中被除塵器脫除，并不產(chǎn)生其他次生問題。

但噴射堿金屬鈉鉀，不可避免發(fā)生副反應(yīng)，生成硫酸氫鈉、硫酸氫鉀，在空預(yù)器處煙氣溫度范圍內(nèi)，這些物質(zhì)同樣具有粘性，因此無法解決空預(yù)器堵塞問題?？疹A(yù)器后噴堿金屬鈉鉀，由于煙氣溫度的降低，避免了黏性物堵塞受熱面。作為減緩煙氣腐蝕性，為煙氣余熱利用創(chuàng)造條件，或作為脫除SO3解決煙囪排煙藍(lán)羽問題等，是一種好方法。

1.4 SCR前噴堿土金屬/堿金屬

從SCR入口到空預(yù)器出口，煙氣流動(dòng)時(shí)間約9s，在此時(shí)長內(nèi)SO3脫除效率可以達(dá)到50%以上。在這樣的脫除效率下，硫酸凝結(jié)問題可以根除。

雖然SCR前噴堿土金屬，會(huì)對(duì)催化劑造成一定的污染，主要是物理堵塞導(dǎo)致的失活，但程度不重并可以用吹掃裝置將其吹脫。堿土金屬與SO3、SO2反應(yīng)生成的硫酸鹽、亞硫酸鹽，摻混到飛灰中不會(huì)產(chǎn)生次生污染等問題。

1.5 噴有機(jī)堿、活性碳和活性焦吸附、磺化反應(yīng)

在空預(yù)器前噴有機(jī)強(qiáng)堿、有機(jī)胺、有機(jī)強(qiáng)還原劑脫除SO3由于溫度高會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物分解，很難找到耐高溫不分解的有機(jī)物。噴射活性碳是脫汞的一種常用方法，因其為還原劑同時(shí)具備脫除SO3的能力，但碳、磷等單質(zhì)物質(zhì)在400℃高溫下極易燃燒。活性焦吸附和磺化反應(yīng)同樣要求在低溫下進(jìn)行。因此上述方法在空預(yù)器前脫除SO3不具可行性。

2 方案分析

(1)從如上分析可知，在以解決空預(yù)器堵塞為目的脫除SO3方法中，SCR前噴堿土金屬鈣鎂方案為最優(yōu)?？紤]到堿性強(qiáng)弱，氫氧化鈣或氧化鈣為優(yōu)選吸收劑。

(2)吸收劑噴入的狀態(tài)有漿液和粉末兩種，由于氫氧化鈣或氧化鈣溶解度不高，帶入的水分影響催化劑活性，并且無論是漿液噴入還是粉末噴入，都會(huì)被煙氣迅速加熱分解。因此，以粉末噴入方式為優(yōu)，粉末粒徑在2～3μm之間。

(3)工程應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)脫除效率的關(guān)鍵是噴入物質(zhì)與煙氣的均勻混合，利用噴氨裝置同步噴入氫氧化鈣或氧化鈣粉末，既可實(shí)現(xiàn)與煙氣的均勻混合又可節(jié)約噴入裝置投資。

3 結(jié)語

脫除煙氣中SO3是解決空預(yù)器堵塞的一種方法，該方法可以根除硫酸凝結(jié)，但需要增加一定的運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于同時(shí)存在硫酸氫銨生成和硫酸凝結(jié)導(dǎo)致空預(yù)器堵塞的機(jī)組，該方法尤其顯示出其優(yōu)越性。不考慮設(shè)置單獨(dú)的化學(xué)反應(yīng)塔，僅采用煙道內(nèi)噴射吸收劑的方式，SO3脫除率難以達(dá)到很高，硫酸氫銨的生成僅能減少不能避免，這與其他的方法同樣，解決空預(yù)器堵塞問題，都需要與現(xiàn)有空預(yù)器吹掃、清洗措施共同配合。

［1］陳朋.鈣基吸收劑脫除燃煤煙氣中SO3的研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2011.

［2］Chothani C，Morey R.ABS measurement for SCR NOxcontrol and air heater protection［C］.2008 DOE－EPRI－EPA－A＆WMA Power Plant Air Pollutant Control“Mega”Symposium.2008，Baltimore，M D.

［3］馬雙忱，金鑫，孫云雪，等.SCR煙氣脫硝過程硫酸氫銨的生成機(jī)理與控制［J］.熱力發(fā)電，2010，39(8):12－17.

［4］蔣海濤，蔡興飛，付玉玲，等.燃煤電廠SO3形成、危害及控制技術(shù)［J］.發(fā)電設(shè)備，2013(5):366－368.

［5］陳焱，許月陽，薛建明.燃煤煙氣SO3成因、影響及其減排對(duì)策［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(3):35－37.

Study on optimization scheme of SO3removal to prevent preheater clogging

The causes of SO3incurring preheater clogging were set out.Discussion were made to analyze the advantages and problems of the technologies that using different reagents and spray methods for SO3removal.Optimized scheme to solve the preheater clogging was also presented.

SO3;sorbent Injection;preheater clogging

X701.7

B

1674－8069(2016)03－042－02

2015-11-20;

2015-12-24

蔡培(1963-)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事電力研究管理、能源工程管理、鍋爐燃燒技術(shù)及節(jié)能環(huán)保新技術(shù)研究。E－mail:caipei3514@126.com