浅析超临界直流锅炉粉尘浓度超标原因

浅析超临界直流锅炉粉尘浓度超标原因

徐秋里

（华能吉林发电有限公司长春热电厂吉林长春130000）

摘要：华能长春热电厂1、2号锅炉采用SCR脱硝技术和湿法脱硫技术，在机组正常运行过程中曾出现脱硫净烟气出口粉尘浓度越上限情况，为防止环保指标超限特对该厂超限原因进行分析并找出预防措施。

关键词：SCR；湿法脱硫；氨逃逸；气溶胶

一、锅炉设备概述

华能长春热电厂1、2号锅炉系哈尔滨锅炉厂生产的超临界参数直流炉，型式为单炉膛、一次再热、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊Π型。型号HG-1110/25.4-HM。

脱硝工程是在电厂2台350MW机组上安装烟气脱硝装置，项目采用选择性催化还原法SCR脱硝工艺。单炉体双SCR结构体布置，采用高灰型SCR布置方式，即SCR反应器布置在锅炉省煤器出口和空气预热器之间，不设旁路。SCR烟气脱硝系统的还原剂采用液氨，全厂2台锅炉的脱硝系统共用一个还原剂储存与供应系统。在脱硝反应器进、出口安装实时监测装置，具有就地和远方监测显示功能，监测的项目包括：NO、O2、NH3、差压等（NH3仅出口安装）。

在锅炉正常负荷范围内按三层催化剂设计，催化剂层数按1＋2模式布置，即初装1层预留两层，在设计煤种及校核煤种、锅炉最大连续出力BMCR工况、处理100%烟气量、在布置1层催化剂条件下脱硝效率不小于50%。两层催化剂脱硝效率应达到80%。除催化剂外其他系统设备均按80%脱硝效率设计。

脱硫工程采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统(简称FGD)一炉一塔全烟气脱硫工艺，设计脱硫效率为95%。其特点是吸收塔采用单回路喷淋塔，有效的避免由于塔内件较多所产生的结垢堵塞问题，在世界上属先进和成熟的技术。主要包括烟气系统、SO2吸收系统、石灰石浆液制供系统、石膏脱水及储存系统、废水处理系统、事故浆液排放系统、工艺水系统、工业水系统、地坑系统、石灰石粉厂、热工控制与电气系统等。整套脱硫系统中，石灰石粉厂、吸收剂制供系统、石膏浆液二级脱水系统、工艺水系统、事故浆液排放系统及废水处理系统、脱硫电控系统为#1、#2炉脱硫公用。

二、烟气脱硝SCR反应原理

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

NH3喷射系统

三、湿法烟气脱硫岛的反应原理

湿法工艺采用的石灰石脱硫吸收剂，价廉易得。将制备合格的石灰石浆液送入吸收塔，在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2被浆液吸收，与浆液中的碳酸钙反应生成亚硫酸钙,然后在塔浆池内与鼓入的氧化空气进行化学反应，形成反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带有的细小液滴，经烟气加热器加热升温后排入烟囱。

石灰石/石膏湿法脱硫工艺脱硫过程的主要化学反应为：

a.在脱硫吸收塔内，烟气中的S02首先被浆液中的水吸收，形成弱酸：SO2＋H2O→H2SO3→H＋＋HSO3－→2H＋＋SO32－

b.与吸收塔浆液中的CaCO3细颗粒反应生成CaSO3细颗粒：

CaCO3＋2H＋→Ca2+＋H2O＋CO2↑;Ca2+＋SO32-→CaSO3↓＋H＋

SO3被鼓入的氧化空气中的O2氧化，最终生成石膏晶体CaSO4•2H2O

HSO3－＋1/2O2→H+＋SO42-

Ca2+＋SO42-＋2H2O→CaSO4•2H2O↓

上述反应中第一步是较关键的一步，即S02被浆液中的水吸收。根据S02的化学特性，S02在水中能发生电离反应，易于被水吸收，只要有足够的水，就能将烟气中绝大部分S02吸收下来。

但随着浆液中HSO3－和SO32－离子数量的增加，浆液的吸收能力不断下降，直至完全消失。因此要保证系统良好的吸收效率，不光要有充分的浆液量和充分的气液接触面积，还要保证浆液的不断的更新。上述反应中第二和三步其实是更深一步的反应过程，目的就是在于不断地去掉浆液中的HSO3－和SO32－离子，以保持浆液有充分的吸收能力，以推动第一步反应的持续进行。

四、原因分析

2015年9月15日华能长春热电厂一号炉脱硫净烟气出口粉尘浓度达29mg/Nm3，接近国标30mg/Nm3，脱硫净烟气出口粉尘浓度随氨逃逸量的大小波动，氨逃逸量增加脱硫出口粉尘浓度增加的原因如下：

1、（NH4）2SO3的氧化形成强酸型气溶胶（NH4）2SO4

NH3+H2O+SO2=NH4HSO3;2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3

而(NH4)2SO3对SO2有更强的吸收能力，它是主要吸收剂。

(NH4)2SO3+SO2+H2O＝2NH4HSO3

在循环吸收中，随着亚硫酸氢铵的比例的增大，吸收能力降低，氨将亚硫酸氢铵转化成亚硫酸铵。

NH4HSO3+NH3＝(NH4)2SO3;2(NH4)2SO3+O2＝2(NH4)2SO4

由于一号炉锅炉9月15日负荷较低，锅炉处于富氧燃烧，在烟气中氧气浓度较高，亚硫酸铵会发生氧化反应。生成极细的硫酸铵固体微粒，不容易除去，随烟气从烟囱排出在排烟中收集到白色细小晶体，导致检测到排烟中的粉尘浓度异常增加（脱硫出口氧量达6%时现象相当明显）。

2、弱酸型（NH4）2SO3气溶胶

在一定条件下，气相中的SO2和NH3会形成NH4HSO3的固体，即气相沉淀。最初形成的固体呈现为超细粉末，在微米级别，称为气溶胶。由于在脱硫过程中热烟气与水溶液接触，饱和水蒸汽向气相传递，超细的固体颗粒会成为水蒸汽的冷凝结露的核心或晶种，形成弱酸型NH4）2SO3气溶胶。它也会导致脱硫出口粉尘尝试异常增加。

3、同时硫酸铵与碳酸钙反应（反应源自硫酸铵(酸式盐)的酸性水解），硫酸铵水解会在溶液里产生大量的氢离子，即产生了硫酸，硫酸再和碳酸钙反应。从而会反应生成硫酸钙，二氧化碳，水和氨。产生的氨部分未来得及参与反应就随排烟排出，与烟气中的水分形成氨雾，也是造成脱硫出口粉尘浓度增加的原因之一。

五、防范措施

找到粉尘浓度异常的原因后，华能长春热电厂对脱硝系统进行了整改，将脱硝系统进氨调节门特性进行了优化，同时增加了“进氨调门开度大于50%”和“氨逃逸大于3PPM”两个报警，以便运行人员提前调整，防止脱硫粉尘浓度超标，并在低负荷时加强对脱硫出口氧量监视防止氧量过大造成亚硫酸铵会发生氧化反应。经过上述整改后华能长春热电厂一、二号机组环保指标一直达到国家优良排放标准。