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硫酸氢氨在烟气脱硝中的危害及其解决方案

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学社博客 发表于 2019-10-9 12:06 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术是国内外烟气脱硝领域应用最广泛的技术。SCR脱硝装置具有结构简单、脱硝效率高、运行可靠、便于维护等优点。但是,在烟气脱硝的同时,催化剂还可以使部分烟气中SO2氧化生成SO3,SO3与SCR脱硝过程中未反应的氨(逃逸的氨)反应生成硫酸氢铵。硫酸氢铵是一种粘性很强的物质,会对催化剂床层和换热器造成极大危害,进而严重影响其使用寿命、增加运行成本。因此,研究硫酸氢铵的形成机理以及控制方法对消除或减轻SCR脱硝过程硫酸氢铵的不良影响具有重要意义。5 T" b! x$ f" f% g' ]7 Q( k2tech.cn

0 _0 [7 O9 j5 @3 {9 ?1.SCR反应机理: p' Y3 e+ G1 z( Z5 C% [; e2tech.cn

1 ~0 p- ~6 T, p$ Q7 m: Y& X7 @SCR法是指在催化剂的作用下,还原剂(NH3或尿素等)有选择性地与烟气中的NOx反应并生成环境友好的N2和H2O。在以氨为还原剂的典型SCR反应条件下,其主要反应为:8 Z$ ?1 T9 {9 h- N" Y7 H/ [2 f. Y2tech.cn

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2.硫酸氢氨生成机理& k* l8 L% g% @* R4 T7 u2tech.cn
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由于脱硝反应过程中会产生一定量的氨逃逸,实际生产运行中,脱硝烟气中部分SO2在催化剂的作用下转化为SO3,SO3和氨发生反应生成(NH4)2SO4和NH4HSO4。NH4HSO4是一种易冷凝沉积在空器换热元件表面的高粘性液态物质,极易粘附烟气中的飞灰颗粒,堵塞换热元件通道,增加空预器阻力并影响换热效果。4 m- j  w  E, `2tech.cn

! \0 z7 V. Y3 V4 x( H反应的化学方程式如下:
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, P! Z1 C9 {2 n" Z当烟气中的SO3浓度高于氨逃逸浓度(通常要求SCR出口不大于3ppm)时,主要生成硫酸氢氨(ABS)。# c$ _4 P4 `/ r0 H6 L, s/ J$ ], s2tech.cn

1 N+ T8 K6 N+ y) i% }3.硫酸铵盐特性
4 d9 {; }3 i( y$ [2 [3 ^- b6 Z. S0 z5 b& C7 u% H9 y% w2tech.cn
硫酸铵为无色透明斜方晶系结晶固体,熔点为230-280℃,加热到513℃以上完全分解成氨气、氮气、二氧化硫及水。因而,在低温催化剂和GGH换热器工作温度区间内硫酸铵主要为固体,硫酸铵对脱硝过程危害不大。" s" t. b+ z) f3 m6 m. A2tech.cn

+ b8 g6 u" Z% @8 g; o: P( m: {. J3 u硫酸氢氨则是一种粘度极高的物质,熔点为147℃,沸点为350℃,在此温度区间内,为硫酸氢氨的熔融状态,处于液态的硫酸氢氨具有极强的粘性,当温度降至185℃以下时,烟气中已生成的气态硫酸氢铵会在空预器冷段的传热元件上凝固下来,造成空预器冷段积盐与结垢,进而影响空预器的正常运行。2 O% E9 e1 E6 L- k$ E2tech.cn

' \; D' q& G, P4.硫酸氢氨的危害
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催化剂及空预器堵塞物中主要是NH4HSO4为主的混合物,在空预器冷端结露生产具腐蚀性、粘粘性的液体,这种状态下烟气中的飞灰极易被NH4HSO4捕捉,积累在空预器蓄热片上,烟气中飞灰会进一步被吸附流通,形成恶性循环,经分析火电厂脱硝系统的投运是产生NH4HSO4的主要来源。
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此外,除了空预器流通阻力大幅增加外,积灰中NH4HSO4具有很强的吸潮性,在空预器低温段会吸附大量的水蒸汽和硫酸,在蓄热元件的表面形成酸洗环境,对空预器造成严重的腐蚀,从而形成恶性循环,加剧空预器的堵塞情况。空预器是烟气与一、二次风的换热元件,即烟、风的共同通道,一旦空预器蓄热元件发生堵塞,轻则加大空预器的漏风率,增加引、送、一次风机的电耗;重则堵塞风道,扰动炉膛负压及燃烧工况,威胁机组的安全稳定运行。0 c' o. {3 z  e& ^6 ~2tech.cn
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空预器堵塞情况( X) A" C5 \2 T+ H% }/ F2tech.cn
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! a5 V  y! n  ^- U( y) g6 tSCR催化剂堵塞情况
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精彩评论1

 楼主| 学社博客 发表于 2019-10-9 12:07 | 显示全部楼层
5.预防处理措施8 P  ?: ]& V7 F2tech.cn
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(1)控制NH4HSO4的生成,造成NH4HSO4生成的主要原因是脱硝系统的氨逃逸,因此为了防止空预器堵塞,必须控制脱硝反应的氨逃逸,控制喷氨量,优化脱硝反应器流场分布,使反应器内的氮氧化物分布均衡,各区域喷氨分布相对固定,保持NOX分布均衡,才能避免局部过喷氨。同时,只有避免脱硝系统出口的NOX浓度过低,才能避免整体过喷氨。
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' V& ~4 E( @. ]- r+ j(2)对空预器换热元件进行高压水冲洗,解决NH4HSO4粘灰堵塞空预器的问题,冲洗过程中保证冲洗质量,确保高压冲洗水穿透3层蓄热元件由热端射出,冲洗完成后进行透光率验收,空预器蓄热元件表面清洗干净并见金属光泽,无损坏腐蚀现象;所有元件通透、透光;透光率达95%以上为合格。
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' {7 Q$ v- U; U* j对空预器换热元件进行改造,一般空预器元件由高、中、低温换热元件构成,硫酸氢氨沉积温度正好处于空预器内部温度区间,在中、低温段换热元件接缝处的硫酸氢氨,吸附飞灰后加剧空预器换热元件的堵塞和腐蚀,考虑将高、中、低温段合并改为高、低温段。同时,考虑换热效率和防堵塞性能,换热元件易采用大波纹形,更便于吹灰疏通,在低温段采用镀搪瓷换热元件,使换热元件表面光洁度和防腐蚀性能得以提高。
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) ^* {7 e; [; @3 @% z(3)对SCR脱硝反应器的烟气流场进行优化,保证SCR脱硝反应器内部流场的分布均匀性,通常在脱硝反应器中设置导流板,使反应器内部烟气流速均匀,保证SCR系统的脱硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3转化率及系统阻力降的性能。8 @$ O+ z$ B4 ]  c- L2tech.cn
) U" r0 d( ^( ?7 ]3 V, c2tech.cn
(4)加强空预器吹灰管理,在锅炉运行过程中保证吹灰质量,根据空预器实际差压变化的情况,合理调整吹灰频次及强度。
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$ `- M- T' e7 h0 J; f7 [$ X(5)严格入炉煤的管理,使入炉煤灰分、硫分控制在规定范围内,防止高灰分、高硫分煤大量入炉,加剧空预器堵灰;当实际燃煤煤质硫分及灰分较高时,及时对空预器进行冲洗。
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3 j( B/ t/ W- }$ M3 b- U(6)确保脱硝测量表计的准确性,加强表计维护,对控制系统逻辑进行修改,增加脱硝运行对机组负荷波动调节的灵敏性,减少滞后调节,低负荷状态下可适时退出脱硝系统运行。* h& G5 }/ j; z2tech.cn

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