浅谈锅炉脱硝过程中硫酸氢铵的控制和处理措施

浅谈锅炉脱硝过程中硫酸氢铵的控制和处理措施

田吕林 方浩

浙江西子联合工程有限公司 浙江省杭州市 310021

摘要：锅炉在电力、冶金、化工等行业普遍应用，在经济发展和社会生活中发挥着重要作用。锅炉燃用化石燃料，势必会产生污染物，主要的污染物是SO₂和氮氧化物。目前普遍采用SNCR和SCR技术脱出锅炉烟气中的氮氧化物，在这个过程中会产生硫酸氢铵。硫酸氢铵对锅炉的空预器有堵塞和腐蚀的风险，不利于锅炉安全运行。本文探讨对锅炉脱硝过程中硫酸氢铵和控制和处理技术。

关键词：锅炉、脱硝、硫酸氢铵。

1 立项依据

1.1本项目研究的背景及意义

习总书记提出“绿水青山就是金山银山”的两山理论，深刻揭示了生态环境保护在我国经济社会发展中的重要地位。改革开放初期，由于优先考虑的是经济发展，一定程度上忽视了对环境的保护，21世纪前十年我国的环境污染问题开始凸显。环境污染与每个人的生活息息相关，越来越多的人已经意识到保护环境的重要性。我国政府也越来越重视对环境的保护，先后出台了越来越严格的污染物排放标准。

氮氧化物是最主要的大气污染物之一，其主要来源为化石燃料的燃烧、机动车排放的尾气和工业生产过程的排放。氮氧化物能形成光化学烟雾、形成酸雨、破坏臭氧层，对人类的生存环境造成很大的破坏。

为了降低锅炉烟气中氮氧化物的排放浓度，一般采用SNCR和SCR两种脱硝工艺。SCR具有更高的脱硝效率，但是催化剂在促进氮氧化物还原反应的同时，还促进了SO₂向SO₃的转化，SO₃和过量的逃逸氨气发生化学反应生成硫酸氢铵。硫酸氢铵是一种具有吸湿性、腐蚀性和粘性的物质，易吸附烟气中的飞灰，粘结在锅炉空气预热器受热面上，对锅炉空预器造成堵塞和腐蚀。本项目研究如何在采用高效率的SCR脱硝中避免和减轻硫酸氢铵对锅炉受热面的不利影响。

1.2 本项目发展现状及趋势

目前应用较广的成熟的脱硝工艺，主要有如下几种：

1、SNCR脱硝，即选择性非催化还原法。就是不用催化剂，在锅炉合适温度区间的部位，喷入脱硝还原剂，将NOx还原为氮气的脱硝技术。SNCR脱硝系统简单，投资少，不需要催化剂，运行费用也较低。但是脱硝效率一般只有50%左右，适用于已经采用低氮燃烧的NOx原始排放浓度不高的锅炉。

2、SCR脱硝，即选择性催化还原法。顾名思义就是利用催化剂，在锅炉合适温度区间的部位，喷入脱硝还原剂，将NOx还原为氮气的脱硝技术。SCR脱硝需要使用催化剂，脱硝效率高，投资和运行费用比SNCR高。SCR脱硝运行过程中还有1.1节所述的硫酸氢铵腐蚀问题。

2 研究成果

2.1 如何减少SCR脱硝过程中硫酸氢铵的生成

SCR的催化剂在促进氮氧化物还原反应的同时，也促进了SO2向SO3的转化。据研究烟气中约1%的SO₂在脱硝催化剂的作用下会氧化成SO₃.同时，脱硝过程中总有一部分未反应逃逸的氨气。烟气中的氨气、水蒸气和SO₃会发生如下的化学反应：

NH₃+SO₃+H₂O=NH₄HSO₄

2NH₃+SO₃+H₂O=(NH₄)₂SO₄

从上面的化学反应方程式可以看出，氨逃逸量和SO₃的增加将促进硫酸氢铵的生成。因此，为了减少锅炉SCR脱硝之后硫酸氢铵的生成，需要在保证脱硝效率的前提下控制氨逃逸量。

除了控制氨逃逸浓度之外，还要尽可能控制SO₂向SO₃的转化。现在常用的SCR脱硝催化剂是V₂O₅-WO₃/TiO₂整体式催化剂。研究证明，要控制SO2的氧化率，就要控制钒钛基催化剂中钒的含量，一般要控制在1%左右。

2.2 对于已经生成的硫酸氢铵如何去除

通过前面的描述已经知道，在采用SCR脱硝工艺的锅炉中，因为不能完全避免氨逃逸和SO₂的氧化，不能完全消除硫酸氢铵的生成。因此，不光要搞清楚硫酸氢铵怎么生成，还要研究如何消除硫酸氢铵对锅炉安全运行的影响。

硫酸氢铵常温下是一种无色结晶，易潮解易溶于水，水溶液呈强酸性，是一种腐蚀品。熔点147℃，沸点350℃。硫酸氢铵是一种具有吸湿性、腐蚀性和粘性的物质，易吸附烟气中的飞灰，粘结在锅炉空气预热器受热面上，对锅炉空预器造成堵塞和腐蚀。对锅炉的安全经济运行造成巨大的威胁。

根据硫酸氢铵具有易溶于水的特性，可以采用除盐水定期冲洗锅炉空预器的办法去除粘结在上面的硫酸氢铵。可以把SCR后空预器区域的吹灰器改成双介质吹灰器（蒸汽和除盐水），定期用2MPa左右的除盐水通过吹灰器冲洗空预器，可以有效去除粘结在空预器上面的硫酸氢铵。

硫酸氢铵熔点147℃，气化温度235℃，升华温度316℃。根据硫酸氢铵具有较低气化温度的特点，可以通过设置烟气旁路和省煤器旁路，定期提高锅炉排烟温度至300℃使硫酸氢铵气化随烟气带走的办法去除空预器上粘结的硫酸氢铵。烟气旁路和省煤器旁路如下图所示：

当锅炉运行的烟气阻力变大，判断空预器可能因为硫酸氢铵粘灰堵塞的时候，打开空预器和省煤器旁路，使空预器和省煤器的吸热量变小，流经省煤器和空预器的烟气温度升高。烟气温度超过250℃，维持一段时间，在低温省煤器和空预器表面粘结的硫酸氢铵就会气化随烟气带走。

3．项目研究成果应用

该研究成果已经在我司青岛某炭黑尾气锅炉项目上建成投产，实践证明，通过除盐水冲洗和烟气旁路的形式，可以有效去除SCR脱硝产生的硫酸氢铵，提高锅炉运行的可靠性和经济性。

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