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注射碱性干粉吸附剂脱除SO3技术

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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,葡京评级: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、SO2SO3、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

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。

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。

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。

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。  

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),SBSNaHSO3Na2SO3),Na2CO3

钙系:消石灰(Ca(OH)2),CaCO3,白云石。

镁系:MgOMg(OH)2

其中,SBSNaHSO3)、Mg(OH)2Na2CO3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)2MgO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  

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)2MgO 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(SBSNa2CO3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 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,CaOH2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。

4Mg(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 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.50No.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. 200438-42.

[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,19986):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,20151535):92-99.


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