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如何应对SCR脱硝产生的ABS?

随着我国SCR脱硝装置大面积的使用,脱硝设备对于氮氧化物高效的脱除使得氮氧化物排放量得到良好的控制。

 

但是在脱除氮氧化物的同时,催化剂也会将烟气中部分的SO2氧化成SO3,与未反应逃逸的氨形成ABS(即ammonium bisulfate,中文名称硫酸氢氨,分子式NH4HSO4)。

 

ABS具有粘性,会对催化剂和空预器造成危害,有的甚至危及除尘器。

 

一、ABS形成机理

 

催化剂中活性组分钒对SO2的氧化起到了催化作用:

V2O5+SO2_____V2O4+SO3 (1)

2SO2+O2+V2O4_____2VOSO4 (2)

2VOSO4_____V2O5+SO2+SO3 (3)

 

在脱硝过程中,由于氨的不完全反应,氨逃逸在所难免。反应生成的SO2进一步与逃逸的氨生成硫酸铵或ABS:

NH3+SO3+H2O=NH4HSO4 (4)

2NH3+SO3+H2O=(NH4)2SO4 (5)

 

二、ABS形成的影响因素

ABS形成主要受到温度、氨逃逸、SO2/SO3转化率等因素的影响。

 

1、温度对ABS形成的影响

ABS的形成依赖于温度。当烟气温度低于ABS的初始形成温度,ABS就开始形成,当温度下降至低于ABS的初始形成温度25度时,ABS反应完成率高于95%。

 

在通常运行温度下,硫酸氢铵的露点为147℃,其以液体形式在物体表面聚集或以液滴形式分散于烟气中。140~230℃之间的温区位于空预器常规设计的冷段层上方和中间层下方,由于硫酸氢铵在此温区为液态向固态转变阶段,具有极强的吸附性,会造成大量灰分在空预器沉降,引起空预器堵塞及阻力上升,换热效率下降。

 

2、NH3和SO3对ABS形成的影响

当NH3/SO3摩尔比大于2时,主要形成硫酸铵,在空预器的运行温度范围硫酸铵为干燥固体粉末,对空预器影响很小。影响硫酸氢铵形成的另一重要因素是NH3和SO3浓度的乘积。

 

一般认为如果氨逃逸量在2ppm以下将不会形成硫酸氢铵,然而事实上在足够高的SO3烟气浓度下即使1ppm的氨逃逸量仍可形成硫酸氢铵。硫酸氢铵的生成是NH3和SO3浓度乘积的函数,它们之间的关系如图4所示。

 

由图1可见,随着NH3和SO3浓度乘积的升高,硫酸氢铵的露点温度升高。

三、如何控制ABS

控制ABS的形成,主要通过控制运行温度、降低SO2/SO3转化率和氨逃逸率等途径。

 

1、合理控制喷氨温度

硫酸氢铵的形成是可逆的,将温度升高到316℃即可使硫酸氢铵升华。当ABS造成堵塞情况较严重时,可适当提高喷氨温度或者进行省煤器水旁路或烟气旁路改造。

 

2、控制SO2/SO3转化率

在SO2氧化率的控制方面,对于V2O5类商用催化剂,钒的担载量不能太高,通常控制在1%左右可减少SO2氧化。

减少催化剂孔道的壁厚也可降低SO2氧化率。此外,采用提高催化剂活性组分(如WO3)含量,亦可抑制SO2氧化。

 

当NH3/NOx比例高时会抑制SO2/SO3转化率。第一层催化剂NH3/NOx比例最大,此时催化剂的SO2/SO3转化率相对较小;第二层(和第三层)NH3/NOx比例较小,SO2/SO3转化率相比第一层有所提升。

 

因此,选择合理的催化剂体积,控制催化剂SO2/SO3转化率的性能对于脱硝系统支管重要。脱硝催化剂既能够促进NOx与NH3反应,同时也能够促进SO2转化为SO3。一般来说脱硝系统的SO2/SO3转化率要求不高于1%。

 

增加备用层催化剂,系统的SO2/SO3转化率就会增加,三层催化剂运行系统的SO2/SO3转化率很难保证在1%以内,导致下游空预器易堵塞等。

 

3、控制氨逃逸率

在脱硝过程中由于氨的不完全反应,SCR烟气脱硝过程氨逃逸是难免的,并且氨逃逸随时间会发生变化,氨逃逸率主要取决于以下因素:

(1)注入氨流量分布不均;

(2)设定的NH3 / NOx 摩尔比;

(3)温度;

(4)催化剂堵塞;

(5)催化剂失活。

 

由于燃煤的含硫量很大程度上决定着烟气中SO3的含量,而SO3的含量对硫酸氢铵的形成有显著影响,所以对于不同的煤种,SCR中氨逃逸量的控制也不尽相同;低硫煤(含S量为1%),氨逃逸量可适当放宽一些;中硫煤(含S量为1.5 %),氨逃逸量≤3ppm;高硫煤(含S量为3%),氨逃逸量≤2.5ppm甚至更低。

 

在氨逃逸量的控制方面可利用计算流体力学(CFD)软件优化设计,对SCR脱硝装置入口烟气流量和流速分布进行模拟,确定导流叶片的类型、数量和位置,使入口烟气流速、温度和浓度均匀;同时模拟氨气的混合,定期调整喷氨格栅(AIG)各个喷口流量(一般一年一次),使NH3 混合均匀,最终减少氨逃逸量。

 

四、结论

SCR脱硝系统为保持较高的脱硝效率通常加大催化剂体量,脱硝催化剂同时对SO2氧化成SO3起到催化作用。合理选择催化剂用量是解决SO2/SO3转化率的关键。

 

同时,脱硝系统的氨逃逸不可避免,通过CFD模拟设置合理的导流叶片,定期调整喷氨格栅(AIG)各个支管流量可使NH3混合得更加均匀,以降低氨逃逸。

 

(来源:环保之家论坛)