SCR脫硝系統(tǒng)中硫酸銨及硫酸氫銨成份分析

吳楊 吳海峰 陳剛

摘要：隨著環(huán)保要求的不斷提高，目前國內(nèi)絕大多數(shù)電廠都進行了超凈排放改造，而在實際運行中SCR系統(tǒng)由于氨逃逸的存在導致空預器易發(fā)生硫酸銨或硫酸氫銨污堵，造成壓差升高影響機組運行穩(wěn)定。本文模擬硫酸銨及硫酸氫銨生成和分解環(huán)境，得出空預器污堵物中具體的成份分析及溫度對其產(chǎn)生的影響，最終找到最優(yōu)運行工況為今后的空預器污堵解決辦法提供理論依據(jù)，從而徹底解決超凈排放改造后各類硫酸銨鹽導致的污堵空預器的情況。

關鍵詞：選擇性催化還原（SCR）;硫酸銨;硫酸氫銨;氨氮摩爾比

一、硫酸銨及硫酸氫銨的生成機理

選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝技術是目前國內(nèi)使用最為普遍的超凈排放技術之一。隨著在火電行業(yè)使用經(jīng)驗日益增多也發(fā)現(xiàn)了一些問題。主要是由于在煙氣經(jīng)過催化劑脫硝的過程中使煙氣中部分SO2轉化為SO3，而SO3與脫硝過程中逃逸的氨發(fā)生反應在不同溫度和氨氮摩爾比的條件下，可能生成硫酸銨或者硫酸氫銨。過程反應方程式如下：

按照以上反應公式由于煙氣中氨氣和三氧化硫存在一定的不均勻性，因此在煙氣中存在硫酸銨及硫酸氫銨的混合物，而在空預器運行溫度范圍內(nèi)一定會存在硫酸銨及硫酸氫銨的相變過程，因此在空預器污堵物中存在這兩種物質(zhì)的混合物。

二、溫度對于硫酸銨及硫酸氫銨的影響

由于在機組正常運行的過程中空預器各層溫度范圍大致在350℃—120℃，因此分析出在這一溫度區(qū)間下，兩種物質(zhì)的變化情況對于解決空預器污堵情況有著至關重要的作用。

這兩種物質(zhì)在不同溫度下不僅發(fā)生相變還會發(fā)生分解反應，因此我們不能簡單的將熔點、沸點作為變化判定，還要考慮到熱分解的溫度，因此按照硫酸銨熔點230℃硫酸氫銨熔點147℃為初始溫度，逐漸升溫，觀察熔化及熱分解情況。恒溫試驗時間為2小時，具體情況如下：

從表一中可以看出硫酸銨在230℃時由固相變?yōu)橐合嗟琴|(zhì)量不變沒有分解，在260℃時開始分解并伴隨白色煙霧冒出，說明在此溫度下已達到了硫酸銨的分解溫度。而硫酸氫銨根據(jù)其性質(zhì)得知熔點為147℃，但是在140℃時硫酸氫銨已經(jīng)開始分解質(zhì)量減少，由此可以推斷出在開口條件下逐漸升溫過程中硫酸氫銨不具備液態(tài)條件。

結合空預器煙溫是由350℃逐漸降至120℃左右，根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出在發(fā)生分解現(xiàn)象的溫度環(huán)境下，兩種物質(zhì)不可能存在液相或者固相形態(tài)。也就是說硫酸銨在煙溫降至230℃以下時出現(xiàn)，硫酸氫銨在135℃以下時出現(xiàn)，這也就解釋了空預器污堵情況多發(fā)生在散熱組件的中下層，且污堵物中是兩種物質(zhì)混合存在狀態(tài)。

為了在實際工況中驗證以上結論，對空預器污堵物進行熱重分析，失量峰譜圖如下：

圖中兩條曲線分別是質(zhì)量失量和溫度變化，從質(zhì)量損失過程可以看出整個升溫過程質(zhì)量在逐漸減小，從250℃至450℃區(qū)間內(nèi)質(zhì)量下降最為明顯，從溫度變化過程可以看出在145℃和250℃兩個點都有大量吸熱過程，這一現(xiàn)象和表1中硫酸氫銨與硫酸銨分解溫度能夠吻合，說明污堵物中存在兩種物質(zhì)的混合物，且硫酸銨成份較大。

三、數(shù)據(jù)分析

空預器污堵物中硫酸銨與硫酸氫銨混合存在，而在實際運行中對于硫酸氫銨的清除可以利用提高空預器出口排煙溫度這一措施，但是對于硫酸銨的清除由于LGGH、電除塵、脫硫吸收塔的溫度限制，不可能將排煙溫度提升至250℃。為了能夠在運行階段清除空預器污堵物就需要盡量將污堵物中硫酸氫銨的含量盡量提高，降低硫酸銨的含量，從而依靠提高排煙溫度對空預器污堵進行處理。

根據(jù)反應方程式：

可以看出硫酸氫銨與硫酸銨生成條件的NH3/SO3摩爾比分別為1：1和2：1，而SO2轉化SO3的轉化率為1%左右，實際入口SO2濃度平均值為1100mg/Nm3折算SO3濃度為11.11 mg/Nm3，摩爾濃度為0.139mmol/Nm3，依照此數(shù)據(jù)可以計算出不同氨逃逸量情況下的主要反應，氨逃逸量小于2.36 mg/Nm3的情況下，造成空預器污堵的物質(zhì)基本為可以通過升溫清除的硫酸氫銨，在氨逃逸量大于4.7 mg/Nm3時污堵物基本為硫酸銨，因此為了避免大量硫酸銨的生成需要對氨逃逸量進行控制。

四、結論

通過對硫酸氫銨及硫酸銨理化性質(zhì)進行分析，結合現(xiàn)場世界情況可以得出以下結論：

1、造成空預器污堵的主要因素為硫酸銨及硫酸氫銨的混合作用。

2、由于溫度不同造成了兩種物質(zhì)在空預器軸向分布位置不同，依照此結論可以在機組大修階段空預器檢查時判斷造成空預器污堵的主要物質(zhì)成份。

3、根據(jù)反應式的NH3/SO3摩爾比，可以指導運行中氨逃逸的控制指標，通過排煙溫度調(diào)整消除空預器的污堵情況。

4、按照硫酸氫銨的分解溫度制定空預器升溫的操作措施。

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