注射堿性干粉吸附劑脫除SO3技術(shù)
2018-07-30 09:47:02
作者 環(huán)保工程事業(yè)部 胡藝文 葉懷永 陳小利
摘要：燃煤機(jī)組加裝SCR脫硝裝置后，煙氣中SO3濃度增加，引起空預(yù)器堵塞、煙道腐蝕、硫酸氫銨粘結(jié)除塵設(shè)備、煙囪藍(lán)羽等問題。為了解決上述問題，并應(yīng)對(duì)未來嚴(yán)格的SO3排放標(biāo)準(zhǔn)，本文重點(diǎn)討論了堿性干粉吸附劑注射技術(shù)。結(jié)果表明，該項(xiàng)技術(shù)是解決SO3污染及相關(guān)問題的有效方法。
關(guān)鍵詞：SO3；空預(yù)器堵塞；干粉吸附劑注射；
1 概述
燃煤機(jī)組加裝SCR脫硝裝置之后，SO3濃度升高與NH3逃逸帶來的空預(yù)器堵塞是所有燃煤機(jī)組面臨的突出問題，嚴(yán)重影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、連續(xù)運(yùn)行。2018年杭州發(fā)布了《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）?！兑庖姼濉穼?duì)新建及現(xiàn)有各類鍋爐的顆粒物、SO2、SO3、氮氧化物、氨、霧滴等提出了具體排放濃度，要求新建鍋爐三氧化硫排放低于5mg/m3，現(xiàn)有鍋爐三氧化硫排放低于10mg/m3。
2 SO3的危害
①引起空預(yù)器堵塞。SO3與氨反應(yīng)生成硫酸氫銨（ABS）粘附在在空預(yù)器中，引起空預(yù)器堵塞。
②降低SCR催化劑的活性。SCR的入口SO3濃度影響催化劑的最低運(yùn)行溫度（MOT），MOT越低，催化劑的活性越低，催化劑的用量就越大。
③提高煙羽濁度。SO3產(chǎn)生的硫酸氣溶膠排到大氣中，對(duì)光線產(chǎn)生散射，出現(xiàn)煙羽偏色現(xiàn)象。當(dāng)煙氣中SO3濃度大于5ppm時(shí)，就有可能觀察到煙羽帶有藍(lán)色或黃褐色。
④煙氣酸露點(diǎn)升高。SO3的產(chǎn)生造成酸露點(diǎn)升高，使下游設(shè)備的腐蝕。為防止煙氣酸凝結(jié)，可以提高空預(yù)器的出口煙溫，但是這會(huì)增加鍋爐的熱耗。空預(yù)器出口煙溫提高20℃，會(huì)增加熱耗1%。
3 技術(shù)介紹
3.1技術(shù)原理
堿性吸附劑注射脫除SO3技術(shù)，其原理是在鍋爐或煙道合適位置注射堿性吸附劑與煙氣中SO3反應(yīng)，生成的固體鹽類顆粒物通過除塵設(shè)備脫除。
干粉吸附劑注射系統(tǒng)如圖1所示。如果當(dāng)?shù)乜諝鉂穸容^大，需增加氣源干燥裝置。如果輸送粉料粒度較大，可增加研磨裝置以減小粉料粒度增加反應(yīng)面積。該系統(tǒng)運(yùn)行過程如下：
（1）吸附劑由罐車運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，通過罐車風(fēng)機(jī)輸送到儲(chǔ)罐中；
（2）加料過程中儲(chǔ)罐頂部的除塵器開啟，罐內(nèi)空氣經(jīng)過濾后排出；
（3）加料結(jié)束后，吸附劑經(jīng)振動(dòng)給料裝置送至稱重計(jì)量罐中，精確稱量后通過旋轉(zhuǎn)給料機(jī)和旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入輸料管道，旋轉(zhuǎn)閥的上游與輸送風(fēng)機(jī)連接，下游至目標(biāo)注射位置；
（4）吸附劑進(jìn)入輸料管道后與由風(fēng)機(jī)鼓入的正壓空氣混合，以氣固兩相流的形式輸送至煙氣中與SO3發(fā)生氣固反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)SO3的脫除。
圖1 干粉吸附劑注射系統(tǒng)
3.2 堿性吸附劑
堿性吸附劑分為鈉系、鈣系、鎂系。
●鈉系:天然堿（Na2CO3·NaHCO3·2H2O）,碳酸氫鈉（俗稱小蘇打），SBS（NaHSO3和Na2SO3），Na2CO3。
●鈣系：消石灰（Ca(OH)2），CaCO3，白云石。
●鎂系：MgO，Mg(OH)2 。
其中，SBS（NaHSO3）、Mg(OH)2和Na2CO3以漿液形式注射，其余均以干粉形式注射。吸附SO3的效果: Ca(OH)2>MgO>CaO。
3.3 噴射位置
注射位置可選擇鍋爐內(nèi)、SCR裝置進(jìn)出口，ESP 出入口。此處選在SCR前后。（堿金屬或堿土金屬類的吸附劑若設(shè)在SCR前，會(huì)使得催化劑中毒，因此若選用此類反應(yīng)劑宜在爐內(nèi)或SCR后噴射）在中國(guó)應(yīng)用的干粉注射系統(tǒng)推薦采用Ca(OH)2或MgO等吸附劑，Ca(OH)2注射位置可選擇空預(yù)器進(jìn)出口，MgO注射位置以SCR裝置進(jìn)出口為主。
3.4 主要設(shè)備
該注射系統(tǒng)主要設(shè)備有：罐頂過濾器、干粉儲(chǔ)罐、振動(dòng)送料器、稱重槽、旋轉(zhuǎn)閥、槽頂過濾器、羅茨風(fēng)機(jī)、分配器、噴嘴、DSI系統(tǒng)配電控制柜、過濾器開關(guān)閥、秤重槽出入料控制閥 、干粉儲(chǔ)罐微正壓氣動(dòng)閥、料位計(jì)、調(diào)壓過濾器、干粉儲(chǔ)罐安全閥、儲(chǔ)氣罐、壓力表。具體流程見圖2。
圖2 干粉吸附劑注射系統(tǒng)流程圖
4 噴吸收劑系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1) 數(shù)臺(tái)鍋爐數(shù)量可共用一套DSI系統(tǒng)，從一個(gè)共用的大粉倉中氣力送粉到噴射點(diǎn)附近的日用粉倉。
2) 采用流化風(fēng)或倉振動(dòng)器促使粉流出日用粉倉，重力下流至連續(xù)運(yùn)行的計(jì)量式給料機(jī)。正壓稀相輸粉管上有一系列的分支管將粉送到獨(dú)立的煙道噴射槍中。為了提高脫SO3效率，也可以安裝管道磨機(jī)進(jìn)一步降低粉的粒徑。
3) 為了連續(xù)噴入足量的吸收劑粉，設(shè)備配置要有冗余度。根據(jù)吸收劑品種，選擇設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮到與水分有關(guān)的潛在問題。也可考慮噴活性碳脫Hg的功能。
4) 為保證噴入的吸收劑有最佳的分布和高利用率，往往參照CFD模型來設(shè)計(jì)吸收劑噴嘴的布置。
5 技術(shù)要點(diǎn)
（1）干粉注射系統(tǒng)的設(shè)備價(jià)格約為漿液注射系統(tǒng)的1.3 倍，但漿液系統(tǒng)的運(yùn)行成本（國(guó)內(nèi)吸附劑耗費(fèi)）要明顯高于干粉系統(tǒng)；漿液吸附劑的均價(jià)為干粉吸附劑的2.9 倍，中國(guó)Ca(OH)2和MgO 吸附劑價(jià)格相對(duì)較低，Na基吸附劑價(jià)格較高。因此國(guó)內(nèi)應(yīng)以發(fā)展干粉系統(tǒng)為主，吸附劑的種類應(yīng)該根據(jù)電站的地址選擇。
（2）開展Na基吸附劑（SBS、Na2CO3和天然堿）注射，需注意以下關(guān)鍵問題：漿液注射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)直煙道長(zhǎng)度（煙氣直線運(yùn)動(dòng)停留時(shí)間＞1 s）、噴嘴的布置及霧化程度有很高要求，否則就會(huì)造成煙道積灰和粘性NaHSO4生成；Na 基吸附劑注射后，飛灰質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化，造成As 和Se 等重金屬的浸出，使得飛灰成為危險(xiǎn)廢棄物， 不能直接掩埋，影響飛灰的正常出售。
（3）由于脫除反應(yīng)對(duì)溫度的要求，CaCO3主要用于爐內(nèi)注射脫硫。也可考慮注射少量CaCO3進(jìn)行SO3脫除，但應(yīng)注意可能導(dǎo)致的爐內(nèi)結(jié)焦和催化劑堵塞。考慮到相對(duì)較高的SO3脫除效率和較低的成本，Ca（OH）2是爐外注射較為理想的吸附劑，但注射量過大會(huì)改變飛灰比電阻，造成電除塵設(shè)備除塵效率的降低。
（4）Mg(OH)2漿液目前是國(guó)外開展?fàn)t內(nèi)注射的最主要吸附劑，具有結(jié)渣趨勢(shì)弱、對(duì)SCR催化劑影響小的優(yōu)點(diǎn)。但是Mg(OH)2吸附劑的價(jià)格過高；另外Mg(OH)2漿液對(duì)SCR 裝置中產(chǎn)生的SO3沒有脫除效果，因此通常在下游增加一套脫除系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)組下游安裝空間有限時(shí)可考慮選擇Mg(OH)2注射。雖然MgO 與SO3的反應(yīng)活性較Ca系和Na系吸附劑低，但是可在SCR 裝置入口注射而且對(duì)飛灰質(zhì)量和ESP 影響小，加之成本相對(duì)較低，也是值得推薦的吸附劑之一。
6 總結(jié)
噴射堿性干粉吸附劑脫除煙氣中SO3是解決空預(yù)器堵塞的一種有效方法，可以從根本上去除硫酸凝結(jié)。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，這種技術(shù)尤為適用。
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