用碱性吸收剂喷射技术脱除烟气中SO3的中试试验研究.docx

用碱性吸收剂喷射技术脱除烟气中SO3的中试试验研究摘要碱性吸收剂喷射技术是一种精准脱除烟气中SO3的高效方法。通过研究该技术的特点、反应机理、SO3的迁移规律建设了一台采用真实烟气作为气源的碱性吸收剂喷射脱除烟气SO3的中试平台并在此平台进行了中试试验研究。研究结果表明：碱性吸收剂脱除SO3的效率与n(Na2CO3):n(SO3)、烟气温度、停留时间等因素相关；在中试试验工况下烟温320℃n(Na2CO3):n(SO3)为1:4Na2CO3溶液的浓度为52.6mg/m3烟尘浓度为标况下4680mg/m3可保证SO3脱除效率在85%以上；碱基吸收剂对脱硝催化剂的影响很小可以忽略。以上结果可为国内燃煤电厂开展碱性吸收剂脱除烟气SO3技术研究应用提供参考。关键词：燃煤电厂；真实烟气；碱性吸收剂;SO3；中试平台；0引言煤炭燃烧会产生大量气体污染物燃煤电厂作为煤炭消耗大户因此也是气态污染物的排放大户。煤炭中含有硫分燃烧产生的烟气中包含一定浓度的SO2或SO3。当过量空气系数大于1时约有0.5%～2.0%的SO2会进一步氧化生成SO3。另外SCR（选择性催化还原技术）装置在脱除烟气中的NOX的同时也会将1.0%左右SO2氧化成为SO3。相关数据表明较加装SCR装置之前SO3浓度会增加1倍左右。SO3是锅炉尾部烟道腐蚀、空预器堵塞、酸雨“蓝羽”等现象的主要原因。因此研究发治理烟气中SO3的技术十分必要且意义重大。目前国内外燃煤电厂治理烟气中SO3的技术主要分为物理方法和化学方法。物理方法主要有低低温除尘器、湿式电除尘器、湿法脱硫塔等；化学方法主要有炉内掺烧石灰石/白云石技术SCR催化剂改性和碱基吸收剂喷射法等。其中低低温除尘器、湿式电除尘器、湿法脱硫塔虽然能够脱除烟气中SO3但是无法消除SO3对上游脱硝装置以及空预器等设备的危害。炉内掺烧石灰石/白云石技术是在煤粉燃烧过程当中降低SO3的生成高效经济但是影响燃烧过程降低锅炉效率一般在高硫煤机组中使用较多。碱性吸收剂喷射法脱除烟气SO3技术是通过喷射碱性吸收剂到烟道中SO3反应生成硫酸盐并经过除尘设备去除。采用该法可以精准高效地脱除烟气中的SO3。目前国外业绩较多国内研究不多并且鲜有应用实例。本文将建立一个基于旁路烟气的SO3脱除技术研发的中试试验平台并通过平台测试分析常见的碱性吸收剂对烟气SO3脱除效果为国内开展碱性吸收剂脱除SO3技术路线选择与碱性吸收剂的选型提供参考。1碱性吸收剂喷射脱除SO3的中试平台少量碱性吸收剂以溶液的形式喷射进入280～380℃的烟气中会发生“闪蒸”现象快速形成碱性颗粒。故无论碱性吸收剂是以固态粉末还是溶液的形式进入烟气中与SO3都是气固两相反应而且是非催化气固反应。1.1反应机理一般碱性吸收剂“闪蒸”形成的颗粒反应前孔容积较小可以视为致密固体。无孔致密性颗粒的气固反应一般适合采用缩核反应模型。图1是缩核反应模型的示意。Rp和Rc分别是颗粒和未反应核半径。CAOCAPCAC分别是反应气体在气膜层、颗粒表面和反应边界上的浓度。碱性吸收剂颗粒与SO3的反应过程可简化成：(1）外扩散：SO3从主气流扩散到碱性吸收剂颗粒外表面。(2）内扩散：SO3经过产物层的孔隙扩散至未反应层表面。(3）界面反应：在未反应层表面SO3与碱性吸收剂发生反应。图1缩核反应模型研究表明温度升高对扩散速率的贡献较小而浓度梯度对扩散速率的影响较大。但由于锅炉烟气中SO3的浓度较低温度梯度不大故质量扩散速率受限为了进一步提高脱除效率应该减小外扩散阻力如增大吸收剂在烟气中的数目浓度、提高分散均匀性等。碱性吸收剂溶解后雾化喷射在高温下干燥后可以形成均匀分布的细小颗粒能够有效提高SO3的脱除效率。1.2SO3的迁移规律燃煤电厂烟气中SO3从生成到排放随着烟气工况条件的变化将经历一系列复杂的物理化学过程。了解变化当中的变化规律对于指导SO3的脱除与预防具备重要意义。图2所示为某燃煤电厂的SO3迁移规律。SO3在400℃以上几乎都是以气态SO3的形式存在此时SO3对机组运转的影响较小。温度降低400℃以下后SO3会生成NH3HSO4、硫酸雾等腐蚀性物质对机组影响较大。取省煤器后的真实烟气作为气源来研究碱性吸收剂的效果以及对下游烟道的影响效果比较全面合理。图2燃煤电厂SO3的迁移规律1.3采用真实烟气的碱性吸收剂喷射脱除SO3中试平台碱性吸收剂喷射脱除SO3的中试试验平台建立在某330MW机组上使用省煤器出口的真实烟气作为气源可以更全面地开展碱性吸收剂在炉后烟气排放各阶段脱除SO3能力的研究。为了进一步提高SO3的脱除效率中试平台采用雾化喷射碱性吸收剂溶液的方式混入碱性吸收剂。主要包括除尘系统换热系统加药系统脱硝系统以及烟道、阀门和相关动力与监测设备等。另外通过添加除尘、换热以及SCR