SCR脱硝系统中硫酸铵及硫酸氢铵成份分析

吴杨 吴海峰 陈刚

摘要：随着环保要求的不断提高，目前国内绝大多数电厂都进行了超净排放改造，而在实际运行中SCR系统由于氨逃逸的存在导致空预器易发生硫酸铵或硫酸氢铵污堵，造成压差升高影响机组运行稳定。本文模拟硫酸铵及硫酸氢铵生成和分解环境，得出空预器污堵物中具体的成份分析及温度对其产生的影响，最终找到最优运行工况为今后的空预器污堵解决办法提供理论依据，从而彻底解决超净排放改造后各类硫酸铵盐导致的污堵空预器的情况。

关键词：选择性催化还原（SCR）;硫酸铵;硫酸氢铵;氨氮摩尔比

一、硫酸铵及硫酸氢铵的生成机理

选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术是目前国内使用最为普遍的超净排放技术之一。随着在火电行业使用经验日益增多也发现了一些问题。主要是由于在烟气经过催化剂脱硝的过程中使烟气中部分SO2转化为SO3，而SO3与脱硝过程中逃逸的氨发生反应在不同温度和氨氮摩尔比的条件下，可能生成硫酸铵或者硫酸氢铵。过程反应方程式如下：

按照以上反应公式由于烟气中氨气和三氧化硫存在一定的不均匀性，因此在烟气中存在硫酸铵及硫酸氢铵的混合物，而在空预器运行温度范围内一定会存在硫酸铵及硫酸氢铵的相变过程，因此在空预器污堵物中存在这两种物质的混合物。

二、温度对于硫酸铵及硫酸氢铵的影响

由于在机组正常运行的过程中空预器各层温度范围大致在350℃—120℃，因此分析出在这一温度区间下，两种物质的变化情况对于解决空预器污堵情况有着至关重要的作用。

这两种物质在不同温度下不仅发生相变还会发生分解反应，因此我们不能简单的将熔点、沸点作为变化判定，还要考虑到热分解的温度，因此按照硫酸铵熔点230℃硫酸氢铵熔点147℃为初始温度，逐渐升温，观察熔化及热分解情况。恒温试验时间为2小时，具体情况如下：

从表一中可以看出硫酸铵在230℃时由固相变为液相但是质量不变没有分解，在260℃时开始分解并伴随白色烟雾冒出，说明在此温度下已达到了硫酸铵的分解温度。而硫酸氢铵根据其性质得知熔点为147℃，但是在140℃时硫酸氢铵已经开始分解质量减少，由此可以推断出在开口条件下逐渐升温过程中硫酸氢铵不具备液态条件。

结合空预器烟温是由350℃逐渐降至120℃左右，根据以上数据得出在发生分解现象的温度环境下，两种物质不可能存在液相或者固相形态。也就是说硫酸铵在烟温降至230℃以下时出现，硫酸氢铵在135℃以下时出现，这也就解释了空预器污堵情况多发生在散热组件的中下层，且污堵物中是两种物质混合存在状态。

为了在实际工况中验证以上结论，对空预器污堵物进行热重分析，失量峰谱图如下：

图中两条曲线分别是质量失量和温度变化，从质量损失过程可以看出整个升温过程质量在逐渐减小，从250℃至450℃区间内质量下降最为明显，从温度变化过程可以看出在145℃和250℃两个点都有大量吸热过程，这一现象和表1中硫酸氢铵与硫酸铵分解温度能够吻合，说明污堵物中存在两种物质的混合物，且硫酸铵成份较大。

三、數据分析

空预器污堵物中硫酸铵与硫酸氢铵混合存在，而在实际运行中对于硫酸氢铵的清除可以利用提高空预器出口排烟温度这一措施，但是对于硫酸铵的清除由于LGGH、电除尘、脱硫吸收塔的温度限制，不可能将排烟温度提升至250℃。为了能够在运行阶段清除空预器污堵物就需要尽量将污堵物中硫酸氢铵的含量尽量提高，降低硫酸铵的含量，从而依靠提高排烟温度对空预器污堵进行处理。

根据反应方程式：

可以看出硫酸氢铵与硫酸铵生成条件的NH3/SO3摩尔比分别为1：1和2：1，而SO2转化SO3的转化率为1%左右，实际入口SO2浓度平均值为1100mg/Nm3折算SO3浓度为11.11 mg/Nm3，摩尔浓度为0.139mmol/Nm3，依照此数据可以计算出不同氨逃逸量情况下的主要反应，氨逃逸量小于2.36 mg/Nm3的情况下，造成空预器污堵的物质基本为可以通过升温清除的硫酸氢铵，在氨逃逸量大于4.7 mg/Nm3时污堵物基本为硫酸铵，因此为了避免大量硫酸铵的生成需要对氨逃逸量进行控制。

四、结论

通过对硫酸氢铵及硫酸铵理化性质进行分析，结合现场世界情况可以得出以下结论：

1、造成空预器污堵的主要因素为硫酸铵及硫酸氢铵的混合作用。

2、由于温度不同造成了两种物质在空预器轴向分布位置不同，依照此结论可以在机组大修阶段空预器检查时判断造成空预器污堵的主要物质成份。

3、根据反应式的NH3/SO3摩尔比，可以指导运行中氨逃逸的控制指标，通过排烟温度调整消除空预器的污堵情况。

4、按照硫酸氢铵的分解温度制定空预器升温的操作措施。

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