脱除三氧化硫解决空预器堵塞优化方案研究

蔡培，赵洋

(国电科学技术研究院，江苏南京210031)

脱除三氧化硫解决空预器堵塞优化方案研究

蔡培，赵洋

(国电科学技术研究院，江苏南京210031)

探讨了SO3引发空预器堵塞的原因，分析了采用不同的吸收剂和喷射方式等脱除烟气中SO3的技术的特点和问题，给出了以解决空预器堵塞为目的优选方案。

SO3;吸收剂喷射;空预器堵塞

0 引言

SCR烟气脱硝系统逃逸的NH3与炉膛燃烧及催化剂催化生成的SO3发生反应，生成粘性物NH4HSO4，在空预器中低温段，该物质携同飞灰粘附于换热元件上，导致空预器堵塞。另外，对空预器上的垢样进行采集分析，发现SO3与NH3的摩尔比与NH4HSO4中两种成分的摩尔比不符，SO3含量明显高出很多，说明结垢物上含有凝结的硫酸。通常导致硫酸凝结的原因是，在锅炉设计时，排烟温度的选择根据折算硫分计算硫酸露点的公式，催化剂催化生成的SO3抬高了露点，没有被考虑。

氨逃逸率和SO3生成率是衡量催化剂性能的重要指标，这两个指标的控制是降低空预器堵塞的有效手段。提高流场均匀性、喷氨优化调整、低负荷下停止喷氨、烟气加热以及空预器清洗等，都是解决堵塞问题的方法。脱除烟气中SO3，减少硫酸氢铵生成量，降低硫酸露点，同样是解决空预器堵塞的方向。本文以解决空预器堵塞为目的，分析了采用不同方式脱除烟气中SO3的技术特点，探讨了脱除SO3的优化方案。

1 几种SO3脱除方案

1.1 炉内喷碱土金属/碱金属

该方法采取在炉膛内喷入碱性或还原性物质脱除SO3，从炉膛到空预器出口烟气停留时间可达20s左右，因此，喷射剂和SO3之间有充分的反应时间。

利用碱土金属物质钙、镁与SO3反应以脱除SO3的技术已经有近40年研究历史，通常的方法是将Ca(OH)2或Mg(OH)2配成浆液，然后喷入炉膛上部的不同温度区域，SO3与钙、镁反应生成硫酸盐，随后与飞灰一起在除尘装置中被脱除。该种方法对在炉膛燃烧生成的SO3脱除效率可达80%。采样分析的结果表明，生成的钙镁硫酸盐并不降低飞灰的熔点。

而在炉膛内喷入碱金属钠、钾，采样分析表明，生成的硫酸盐往往会降低灰熔点，导致炉膛结焦。炉膛内喷射碱金属或碱土金属吸收剂存在一个共同的问题，由于碱金属或碱土金属除与SO3反应，同时还与烟气中比SO3数量大得多的SO2发生反应，使得烟气在到达SCR之前喷射剂已基本耗尽，即无法脱除SCR系统内催化生成的SO3。事实上，SCR催化生成的SO3大约占到总数一半，故这种方法对SO3的整体脱除率不高。

1.2 SCR前喷氨

试验结果表明，在SCR脱硝装置中加大喷氨量，可以实现在除尘器出口SO3脱除效率达到90%。当逃逸的氨与SO3上摩尔比达到2∶1以上时，两者反应主要生成粉末状非粘性的硫酸铵而非粘性的硫酸氢铵，但作为副反应产物，硫酸氢铵的生成仍不能避免，并且这时生成的硫酸氢铵在数量上比采用控制氨逃逸方法时的生成量要大。此外，由于煤种和运行条件的变化，使得精确控制摩尔比难以实现。喷氨生成的硫酸盐被除尘器脱除后混杂在飞灰中，随着时间变化会挥发出来，引起新的环保问题，对灰渣的外卖和使用也产生负面影响。

1.3 SCR后喷碱土金属/碱金属

山东大学对采用Ca(OH)2和CaCO3脱除烟气中的SO3进行了试验研究，结果发现Ca(OH)2和CaCO3虽然与SO2也发生反应，但优选与SO3反应。碱金属钠钾的特点是碱性或还原性强，与烟气中SO3反应极快，碳酸钠溶液喷入烟道与SO3反应完成的时间是0.2s。

在SCR后喷碱金属钠钾，避免了对催化剂的污染。在喷洒均匀、颗粒度细小和喷入量足够的条件下，在空预器出口可获得90%以上的SO3脱除效率。由于碱性或还原性很强，碱金属钠钾还大量的与SO2反应，生成亚硫酸盐，可以减轻脱硫系统的负担。无论是生成物是硫酸盐或亚硫酸盐，最终都混杂在飞灰中被除尘器脱除，并不产生其他次生问题。

但喷射碱金属钠钾，不可避免发生副反应，生成硫酸氢钠、硫酸氢钾，在空预器处烟气温度范围内，这些物质同样具有粘性，因此无法解决空预器堵塞问题。空预器后喷碱金属钠钾，由于烟气温度的降低，避免了黏性物堵塞受热面。作为减缓烟气腐蚀性，为烟气余热利用创造条件，或作为脱除SO3解决烟囱排烟蓝羽问题等，是一种好方法。

1.4 SCR前喷碱土金属/碱金属

从SCR入口到空预器出口，烟气流动时间约9s，在此时长内SO3脱除效率可以达到50%以上。在这样的脱除效率下，硫酸凝结问题可以根除。

虽然SCR前喷碱土金属，会对催化剂造成一定的污染，主要是物理堵塞导致的失活，但程度不重并可以用吹扫装置将其吹脱。碱土金属与SO3、SO2反应生成的硫酸盐、亚硫酸盐，掺混到飞灰中不会产生次生污染等问题。

1.5 喷有机碱、活性碳和活性焦吸附、磺化反应

在空预器前喷有机强碱、有机胺、有机强还原剂脱除SO3由于温度高会导致有机物分解，很难找到耐高温不分解的有机物。喷射活性碳是脱汞的一种常用方法，因其为还原剂同时具备脱除SO3的能力，但碳、磷等单质物质在400℃高温下极易燃烧。活性焦吸附和磺化反应同样要求在低温下进行。因此上述方法在空预器前脱除SO3不具可行性。

2 方案分析

(1)从如上分析可知，在以解决空预器堵塞为目的脱除SO3方法中，SCR前喷碱土金属钙镁方案为最优。考虑到碱性强弱，氢氧化钙或氧化钙为优选吸收剂。

(2)吸收剂喷入的状态有浆液和粉末两种，由于氢氧化钙或氧化钙溶解度不高，带入的水分影响催化剂活性，并且无论是浆液喷入还是粉末喷入，都会被烟气迅速加热分解。因此，以粉末喷入方式为优，粉末粒径在2～3μm之间。

(3)工程应用中实现脱除效率的关键是喷入物质与烟气的均匀混合，利用喷氨装置同步喷入氢氧化钙或氧化钙粉末，既可实现与烟气的均匀混合又可节约喷入装置投资。

3 结语

脱除烟气中SO3是解决空预器堵塞的一种方法，该方法可以根除硫酸凝结，但需要增加一定的运行费用。对于同时存在硫酸氢铵生成和硫酸凝结导致空预器堵塞的机组，该方法尤其显示出其优越性。不考虑设置单独的化学反应塔，仅采用烟道内喷射吸收剂的方式，SO3脱除率难以达到很高，硫酸氢铵的生成仅能减少不能避免，这与其他的方法同样，解决空预器堵塞问题，都需要与现有空预器吹扫、清洗措施共同配合。

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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，硕士，高级工程师，主要从事电力研究管理、能源工程管理、锅炉燃烧技术及节能环保新技术研究。E－mail:caipei3514@126.com