注射堿性干粉吸附劑脫除SO3技術
2018-07-30 09:47:02
作者 環保工程事業部 胡藝文 葉懷永 陳小利
摘要：燃煤機組加裝SCR脫硝裝置后，煙氣中SO3濃度增加，引起空預器堵塞、煙道腐蝕、硫酸氫銨粘結除塵設備、煙囪藍羽等問題。為了解決上述問題，并應對未來嚴格的SO3排放標準，本文重點討論了堿性干粉吸附劑注射技術。結果表明，該項技術是解決SO3污染及相關問題的有效方法。
關鍵詞：SO3；空預器堵塞；干粉吸附劑注射；
1 概述
燃煤機組加裝SCR脫硝裝置之后，SO3濃度升高與NH3逃逸帶來的空預器堵塞是所有燃煤機組面臨的突出問題，嚴重影響機組安全、經濟、連續運行。2018年杭州發布了《鍋爐大氣污染物排放標準》（征求意見稿）。《意見稿》對新建及現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，現有鍋爐三氧化硫排放低于10mg/m3。
2 SO3的危害
①引起空預器堵塞。SO3與氨反應生成硫酸氫銨（ABS）粘附在在空預器中，引起空預器堵塞。
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產生的硫酸氣溶膠排到大氣中，對光線產生散射，出現煙羽偏色現象。當煙氣中SO3濃度大于5ppm時，就有可能觀察到煙羽帶有藍色或黃褐色。
④煙氣酸露點升高。SO3的產生造成酸露點升高，使下游設備的腐蝕。為防止煙氣酸凝結，可以提高空預器的出口煙溫，但是這會增加鍋爐的熱耗。空預器出口煙溫提高20℃，會增加熱耗1%。
3 技術介紹
3.1技術原理
堿性吸附劑注射脫除SO3技術，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，生成的固體鹽類顆粒物通過除塵設備脫除。
干粉吸附劑注射系統如圖1所示。如果當地空氣濕度較大，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面積。該系統運行過程如下：
（1）吸附劑由罐車運抵現場后，通過罐車風機輸送到儲罐中；
（2）加料過程中儲罐頂部的除塵器開啟，罐內空氣經過濾后排出；
（3）加料結束后，吸附劑經振動給料裝置送至稱重計量罐中，精確稱量后通過旋轉給料機和旋轉閥進入輸料管道，旋轉閥的上游與輸送風機連接，下游至目標注射位置；
（4）吸附劑進入輸料管道后與由風機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發生氣固反應，實現SO3的脫除。
圖1 干粉吸附劑注射系統
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、SCR裝置進出口，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在SCR前，會使得催化劑中毒，因此若選用此類反應劑宜在爐內或SCR后噴射）在中國應用的干粉注射系統推薦采用Ca(OH)2或MgO等吸附劑，Ca(OH)2注射位置可選擇空預器進出口，MgO注射位置以SCR裝置進出口為主。
3.4 主要設備
該注射系統主要設備有：罐頂過濾器、干粉儲罐、振動送料器、稱重槽、旋轉閥、槽頂過濾器、羅茨風機、分配器、噴嘴、DSI系統配電控制柜、過濾器開關閥、秤重槽出入料控制閥 、干粉儲罐微正壓氣動閥、料位計、調壓過濾器、干粉儲罐安全閥、儲氣罐、壓力表。具體流程見圖2。
圖2 干粉吸附劑注射系統流程圖
4 噴吸收劑系統設計
1) 數臺鍋爐數量可共用一套DSI系統，從一個共用的大粉倉中氣力送粉到噴射點附近的日用粉倉。
2) 采用流化風或倉振動器促使粉流出日用粉倉，重力下流至連續運行的計量式給料機。正壓稀相輸粉管上有一系列的分支管將粉送到獨立的煙道噴射槍中。為了提高脫SO3效率，也可以安裝管道磨機進一步降低粉的粒徑。
3) 為了連續噴入足量的吸收劑粉，設備配置要有冗余度。根據吸收劑品種，選擇設備時應考慮到與水分有關的潛在問題。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模型來設計吸收劑噴嘴的布置。
5 技術要點
（1）干粉注射系統的設備價格約為漿液注射系統的1.3 倍，但漿液系統的運行成本（國內吸附劑耗費）要明顯高于干粉系統；漿液吸附劑的均價為干粉吸附劑的2.9 倍，中國Ca(OH)2和MgO 吸附劑價格相對較低，Na基吸附劑價格較高。因此國內應以發展干粉系統為主，吸附劑的種類應該根據電站的地址選擇。
（2）開展Na基吸附劑（SBS、Na2CO3和天然堿）注射，需注意以下關鍵問題：漿液注射系統的設計對直煙道長度（煙氣直線運動停留時間＞1 s）、噴嘴的布置及霧化程度有很高要求，否則就會造成煙道積灰和粘性NaHSO4生成；Na 基吸附劑注射后，飛灰質量會發生變化，造成As 和Se 等重金屬的浸出，使得飛灰成為危險廢棄物， 不能直接掩埋，影響飛灰的正常出售。
（3）由于脫除反應對溫度的要求，CaCO3主要用于爐內注射脫硫。也可考慮注射少量CaCO3進行SO3脫除，但應注意可能導致的爐內結焦和催化劑堵塞。考慮到相對較高的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，但注射量過大會改變飛灰比電阻，造成電除塵設備除塵效率的降低。
（4）Mg(OH)2漿液目前是國外開展爐內注射的最主要吸附劑，具有結渣趨勢弱、對SCR催化劑影響小的優點。但是Mg(OH)2吸附劑的價格過高；另外Mg(OH)2漿液對SCR 裝置中產生的SO3沒有脫除效果，因此通常在下游增加一套脫除系統，當機組下游安裝空間有限時可考慮選擇Mg(OH)2注射。雖然MgO 與SO3的反應活性較Ca系和Na系吸附劑低，但是可在SCR 裝置入口注射而且對飛灰質量和ESP 影響小，加之成本相對較低，也是值得推薦的吸附劑之一。
6 總結
噴射堿性干粉吸附劑脫除煙氣中SO3是解決空預器堵塞的一種有效方法，可以從根本上去除硫酸凝結。對于同時存在硫酸氫銨生成和硫酸凝結導致空預器堵塞的機組，這種技術尤為適用。
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