电厂粉煤灰中SO3浓度高原因分析与调整解决方案

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  【摘要】某电厂机组自投产以来,出现了粉煤灰中SO3浓度较高情况,在理论上进行了原因分析。为了更加准确地找到粉煤灰中SO3浓度高的原因,在机组运行过程中,制定了详细的试验方案,进行了不同工况、不同煤种下的试验,并对粉煤灰和炉渣进行取样,对部分典型工况下的灰、渣样进行了化验分析,依据试验数据和化验结果,通过数据对比分析,找出电厂粉煤灰中SO3浓度高的影响因素,针对性地提出了降低粉煤灰中SO3浓度的调整措施并进行实际应用,使粉煤灰得到更好的综合利用。
  【关键词】电厂粉煤灰;SO3浓度高;原因分析;调整解决方案
  1、粉煤灰中SO3浓度高理论原因分析
  2.1SO3的生成机理
  烟气中SO3生成的机理极其复杂。一般以为一部分是在工艺生产过程中产生的,一部分是在烟道中产生的。
  (1)在工艺生产过程中,主要是原子氧的作用而生成SO3,而原子氧主要是在燃烧反应中形成的。
  这些原子氧很活泼,容易将SO2转化成SO3。另外,氧分子、二氧化碳及金属氧化物在炉子高温辐射下,其中一部分也会分解原子氧而使SO2转化成SO3。
  根据国内文献资料,当压力一定时,SO2转化成SO3的情况为:低温时对转化成SO3有利。在850℃以上的高温下,SO3几乎不产生。在温度相同时,压力升高会增加向SO3方面的转化。但实际上,因原子氧、三氧化硫触及飞灰的作用而变得更为复杂。
  在工艺生产过程中,如燃料中含有硫酸盐时,也会直接分解生成SO3。如重有色金属硫化矿火法冶炼时,所生成的高温烟气中含SO3一般占SO2的2%~6%。
  (2)在锅炉烟道中,在催化剂的作用下,烟气里的SO2有一部分会转化成SO3。锅炉烟气中常见的催化剂有三氧化二铁、三氧化二铝、五氧化二钒、二氧化硅、烟尘等。从图2可以看出,催化剂作用一般只发生在500℃~800℃之间,有利于SO2转化成SO3。其中三氧化二铁和烟尘对转化所起的影响最为显著。因工业炉使用的原料和燃料不同,以及工艺过程的不同,烟气中二氧化硫转化成三氧化硫的转化率也是不同的。对于化工过程来说,转化率一般为3.2%~8.7%,对于重有色冶金来说,转化率一般为6%~10%。为了考虑锅炉的安全,在计算烟气的酸露点温度时推荐采用10%的转化率。
  2.2粉煤灰中的一部分SO3来自碱金属硫酸盐及硫酸镁等可溶性盐,另一部分SO3来自硫化铁及硫化钙。而硫在煤中存在的状态有很多种,但大体可分为两大类,即有机硫和无机硫。有机硫—般是由植物本体所生成,它均匀地分布并构成煤的一部分。燃烧时,这种硫一部分变成气体逸出,另一部分和其他矿物质一起残留在灰分中。无机硫分两种:一种是硫酸盐中所含的硫,这种硫不能燃烧,全部残留在灰分里;另一种是硫和金属的化合物,这种硫也能燃烧,它和有机硫统称“可燃硫”。硫燃烧后生成SO2及SO3,它们极易与烟气中的水蒸气化合成蒸气。当遇到低于露点的金属壁面时就会凝结在上面,对金属起腐蚀作用。开始发生凝结的温度称为酸露点。煤中含硫量的多少直接影响烟气露点的数值。含硫越多,烟气中浓度越高,酸露点提高。为了减轻尾部受热面的低温腐蚀,必须提高排烟温度,从而导致排烟热损失增加、热效率下降、发电成本增加。
  2.3设计燃料特性对粉煤灰中SO3浓度影响分析:
  根据燃料特性对比表看出,在设计煤种时,全硫含量较高,为防止锅炉结焦、适应宽煤种以及低氮燃烧,锅炉炉膛断面在设计上锅炉炉膛断面约较大,二次风喷口多,炉膛内二次风量分布距离大,燃烧区域呈富氧区,导致SO3生成量增加,其中一部分SO3和其他矿物质一起残留在灰分中,最终使粉煤灰中SO3浓度增大。
  2.4锅炉运行以来,排烟温度一直偏低于设计温度10℃左右,(修正前129.4℃),炉膛出口温度在700℃以下,判断SO2转化成SO3的比例增加,并与烟气中的水蒸汽结合生成硫酸蒸汽,且能显著地提高烟气的露点温度,在低温金属表面上凝结形成硫酸溶液,与碱性灰反应,也与金属反应,因而产生腐蚀。其中一部分SO3与碱性灰一起积存在粉煤灰中,导致粉煤灰中SO3浓度增大。
  2.试验数据和试验取样,综合分析出以下影响粉煤灰中SO3浓度的影响因素
  (1)炉膛温度对粉煤灰中SO3浓度的影响
  在较低负荷(200MW)下,当炉膛温度从575℃升高至597℃时,粉煤灰中SO3浓度从2.0%降低至1.01%,降低趋势较为明显;在高负荷(330MW)下,炉膛温度从685℃升高至690℃时粉煤灰中SO3浓度从2.17%降低至2.13%,略有降低,降低幅度不明显。主要原因是:炉膛温度逐渐升高过程中,烟气中SO2转化成SO3的概率减小,烟气中SO3浓度逐渐降低,使得粉煤灰中SO3浓度降低。符合理论分析中炉膛温度对粉煤灰中SO3浓度的影响。
  (2)氧量对粉煤灰中SO3浓度的影响
  在低负荷(200MW)下,氧量在3%—3.5%时,SO3浓度为1.01%,氧量在5%—5.5%时,SO3浓度为2.32%,粉煤灰中SO3浓度随氧量增大而增加。而在高负荷(330MW)情况下,氧量在3%—3.5%时,SO3浓度为2.13%,氧量在5%—5.5%时,SO3浓度为2.17%,氧量增大对粉煤灰中SO3浓度影响较小。整体分析,氧量增大时,粉煤灰中SO3浓度也在升高。
  (3)脱硝吹灰对粉煤灰中SO3浓度的影响
  在炉内保持低氧量(3%—3.5%)运行情况下,脱硝吹灰器不投入时,粉煤灰中SO3浓度为1.92%,脱硝吹灰器投入时增大到3.02%,在较高氧量(5%—5.5%)运行情况下,脱硝吹灰器不投入时,粉煤灰中SO3浓度为1.92%,脱硝吹灰器投入时增大到3.03%。投入脱硝吹灰器,粉煤灰中SO3浓度明显升高。整体分析,在不同负荷下,投入脱硝吹灰器后,粉煤灰中SO3浓度较不投入吹灰器时升高在1%以上,影响较大。
  (4)入炉煤硫份对粉煤灰中SO3浓度的影响
  试验期间通过调整,在配煤方式一情况下,将各工况下入炉煤加权硫份调整在0.69%—0.81%,在配煤方式二情况下,将入炉煤加权硫份调整在0.51%—0.58%。通过各工况点灰样综合分析,入炉煤硫份升高0.1%,粉煤灰中SO3浓度将升高0.32%。
  3、降低粉煤灰中SO3浓度调整措施
  针对粉煤灰中SO3浓度偏高的原因,通过理论和试验数据综合分析,总结出锅炉调整中降低粉煤灰中SO3浓度的调整措施:
  1、根据入厂煤煤质指标,在制定日配煤计划时,根据负荷情况,科学合理地调整各煤种掺烧比例,严格控制入炉煤的硫份含量。
  2、根据负荷及NOx排放情况,严格执行《配煤掺烧与锅炉燃烧调整措施》中对各负荷下氧量的控制要求。
  3、严格执行脱硝吹灰制度,在吹灰前充分进行疏水,按吹灰规定时间进行吹灰。在脱销系统正常运行情况下,减少吹灰次数。在投入脱硝吹灰时保持低限氧量运行。
  4、在不同煤种、不同负荷下,加强风量的调整,尤其是各二次风门的优化调整。调整中参考锅炉燃烧调整措施中各工况下二次风门的典型配风调整。
  5、在锅炉燃烧安全前提下,通过优化调整二次风门,提高炉膛火焰中心位置,以提高炉膛温度来降低粉煤灰中SO3浓度。
  作者简介
  刘东(1972-),男,甘肃永昌人,职称:工程师,学历:本科,主要研究方向:热能动力设备。
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