注射碱性干粉吸附剂脱除SO3技术
2018-07-30 09:47:02
作者 环保工程事业部 胡艺文 叶怀永 陈小利
摘要：燃煤机组加装SCR脱硝装置后，烟气中SO3浓度增加，引起空预器堵塞、烟道腐蚀、硫酸氢铵粘结除尘设备、烟囱蓝羽等问题。为了解决上述问题，并应对未来严格的SO3排放标准，本文重点讨论了碱性干粉吸附剂注射技术。结果表明，该项技术是解决SO3污染及相关问题的有效方法。
关键词：SO3；空预器堵塞；干粉吸附剂注射；
1 概述
燃煤机组加装SCR脱硝装置之后，SO3浓度升高与NH3逃逸带来的空预器堵塞是所有燃煤机组面临的突出问题，严重影响机组安全、经济、连续运行。2018年杭州发布了《锅炉大气污染物排放标准》（征求意见稿）。《意见稿》对新建及现有各类锅炉的颗粒物、SO2、SO3、氮氧化物、氨、雾滴等提出了具体排放浓度，要求新建锅炉三氧化硫排放低于5mg/m3，现有锅炉三氧化硫排放低于10mg/m3。
2 SO3的危害
①引起空预器堵塞。SO3与氨反应生成硫酸氢铵（ABS）粘附在在空预器中，引起空预器堵塞。
②降低SCR催化剂的活性。SCR的入口SO3浓度影响催化剂的最低运行温度（MOT），MOT越低，催化剂的活性越低，催化剂的用量就越大。
③提高烟羽浊度。SO3产生的硫酸气溶胶排到大气中，对光线产生散射，出现烟羽偏色现象。当烟气中SO3浓度大于5ppm时，就有可能观察到烟羽带有蓝色或黄褐色。
④烟气酸露点升高。SO3的产生造成酸露点升高，使下游设备的腐蚀。为防止烟气酸凝结，可以提高空预器的出口烟温，但是这会增加锅炉的热耗。空预器出口烟温提高20℃，会增加热耗1%。
3 技术介绍
3.1技术原理
碱性吸附剂注射脱除SO3技术，其原理是在锅炉或烟道合适位置注射碱性吸附剂与烟气中SO3反应，生成的固体盐类颗粒物通过除尘设备脱除。
干粉吸附剂注射系统如图1所示。如果当地空气湿度较大，需增加气源干燥装置。如果输送粉料粒度较大，可增加研磨装置以减小粉料粒度增加反应面积。该系统运行过程如下：
（1）吸附剂由罐车运抵现场后，通过罐车风机输送到储罐中；
（2）加料过程中储罐顶部的除尘器开启，罐内空气经过滤后排出；
（3）加料结束后，吸附剂经振动给料装置送至称重计量罐中，精确称量后通过旋转给料机和旋转阀进入输料管道，旋转阀的上游与输送风机连接，下游至目标注射位置；
（4）吸附剂进入输料管道后与由风机鼓入的正压空气混合，以气固两相流的形式输送至烟气中与SO3发生气固反应，实现SO3的脱除。
图1 干粉吸附剂注射系统
3.2 碱性吸附剂
碱性吸附剂分为钠系、钙系、镁系。
●钠系:天然碱（Na2CO3·NaHCO3·2H2O）,碳酸氢钠（俗称小苏打），SBS（NaHSO3和Na2SO3），Na2CO3。
●钙系：消石灰（Ca(OH)2），CaCO3，白云石。
●镁系：MgO，Mg(OH)2 。
其中，SBS（NaHSO3）、Mg(OH)2和Na2CO3以浆液形式注射，其余均以干粉形式注射。吸附SO3的效果: Ca(OH)2>MgO>CaO。
3.3 喷射位置
注射位置可选择锅炉内、SCR装置进出口，ESP 出入口。此处选在SCR前后。（碱金属或碱土金属类的吸附剂若设在SCR前，会使得催化剂中毒，因此若选用此类反应剂宜在炉内或SCR后喷射）在中国应用的干粉注射系统推荐采用Ca(OH)2或MgO等吸附剂，Ca(OH)2注射位置可选择空预器进出口，MgO注射位置以SCR装置进出口为主。
3.4 主要设备
该注射系统主要设备有：罐顶过滤器、干粉储罐、振动送料器、称重槽、旋转阀、槽顶过滤器、罗茨风机、分配器、喷嘴、DSI系统配电控制柜、过滤器开关阀、秤重槽出入料控制阀 、干粉储罐微正压气动阀、料位计、调压过滤器、干粉储罐安全阀、储气罐、压力表。具体流程见图2。
图2 干粉吸附剂注射系统流程图
4 喷吸收剂系统设计
1) 数台锅炉数量可共用一套DSI系统，从一个共用的大粉仓中气力送粉到喷射点附近的日用粉仓。
2) 采用流化风或仓振动器促使粉流出日用粉仓，重力下流至连续运行的计量式给料机。正压稀相输粉管上有一系列的分支管将粉送到独立的烟道喷射枪中。为了提高脱SO3效率，也可以安装管道磨机进一步降低粉的粒径。
3) 为了连续喷入足量的吸收剂粉，设备配置要有冗余度。根据吸收剂品种，选择设备时应考虑到与水分有关的潜在问题。也可考虑喷活性碳脱Hg的功能。
4) 为保证喷入的吸收剂有最佳的分布和高利用率，往往参照CFD模型来设计吸收剂喷嘴的布置。
5 技术要点
（1）干粉注射系统的设备价格约为浆液注射系统的1.3 倍，但浆液系统的运行成本（国内吸附剂耗费）要明显高于干粉系统；浆液吸附剂的均价为干粉吸附剂的2.9 倍，中国Ca(OH)2和MgO 吸附剂价格相对较低，Na基吸附剂价格较高。因此国内应以发展干粉系统为主，吸附剂的种类应该根据电站的地址选择。
（2）开展Na基吸附剂（SBS、Na2CO3和天然碱）注射，需注意以下关键问题：浆液注射系统的设计对直烟道长度（烟气直线运动停留时间＞1 s）、喷嘴的布置及雾化程度有很高要求，否则就会造成烟道积灰和粘性NaHSO4生成；Na 基吸附剂注射后，飞灰质量会发生变化，造成As 和Se 等重金属的浸出，使得飞灰成为危险废弃物， 不能直接掩埋，影响飞灰的正常出售。
（3）由于脱除反应对温度的要求，CaCO3主要用于炉内注射脱硫。也可考虑注射少量CaCO3进行SO3脱除，但应注意可能导致的炉内结焦和催化剂堵塞。考虑到相对较高的SO3脱除效率和较低的成本，Ca（OH）2是炉外注射较为理想的吸附剂，但注射量过大会改变飞灰比电阻，造成电除尘设备除尘效率的降低。
（4）Mg(OH)2浆液目前是国外开展炉内注射的最主要吸附剂，具有结渣趋势弱、对SCR催化剂影响小的优点。但是Mg(OH)2吸附剂的价格过高；另外Mg(OH)2浆液对SCR 装置中产生的SO3没有脱除效果，因此通常在下游增加一套脱除系统，当机组下游安装空间有限时可考虑选择Mg(OH)2注射。虽然MgO 与SO3的反应活性较Ca系和Na系吸附剂低，但是可在SCR 装置入口注射而且对飞灰质量和ESP 影响小，加之成本相对较低，也是值得推荐的吸附剂之一。
6 总结
喷射碱性干粉吸附剂脱除烟气中SO3是解决空预器堵塞的一种有效方法，可以从根本上去除硫酸凝结。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，这种技术尤为适用。
【参考文献】
[1] 高智溥，胡冬，张志刚等，碱性吸附剂脱除SO3技术在大型燃煤机组中的应用[J]，节能与环保，Vol.50，No.7 Jul. 2017
[2] 贺占海. 我国天然碱工业发展战略[C]//中国纯碱工业发展战略研究. 2004：38-42.
[3] 李良友，王洪有，王瑛. 石灰石资源的开发利用[J]. 矿产综合利用，1998（6）：43-48.
[4] 胡冬，王海刚，郭婷婷，等. 燃煤电厂烟气SO3控制技术的研究及进展[J]. 科学技术与工程，2015，15（35）：92-99.