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SCR脱硝过程中ABS挥发动力学及控制方法研究

张立男  
【摘要】:以NH3或尿素为还原剂的选择性催化还原法(SCR)是目前火电厂应用最为广泛的脱硝技术,该方法技术成熟、脱硝效率高、运行可靠且便于维护和操作。在烟气脱硝的过程中,SCR催化剂在催化还原NOX的同时,也使烟气中部分SO2(0.5%-2.0%)氧化成SO3,进而与SCR脱硝过程中的逃逸氨生成硫酸氢铵(ABS),液态的ABS具有粘性,易于在催化剂表面及SCR反应器的下游设备和管道上沉积,吸附烟气中的大量飞灰,引起催化剂活性降低、空预器阻力增大,传热元件传热效率下降等,严重时导致停机。因此,研究ABS的挥发特性与调控方法非常有必要。本文利用自行设计的挥发试验台,研究ABS的挥发特性及挥发后的冷凝规律,得出:随温度升高,ABS挥发速率增大,温度达400℃时,挥发速率出现陡增;接触面积增大,ABS的挥发速率明显升高;ABS颗粒越细,其挥发速率越快;随着飞灰中掺杂ABS量的增加,挥发速率呈下降趋势;利用离子色谱法对冷凝产物进行分析,得出当挥发温度低于300℃时,冷凝管中冷凝产物可能为NH4HSO4和少量的H2SO4,高于350℃时,冷凝产物可能是H2SO4和少量的硫酸铵(AS)。热重分析表明,ABS起始挥发温度为206℃左右,297-390℃为快速挥发阶段,在378℃时实现最快挥发速率;ABS的分解过程为:先发生脱氨反应,随后硫酸进一步分解为SO3和H2O;热重数据和等速升温动力学分析表明:ABS的挥发过程分为三个温度段,各段均符合反Jander挥发动力学模型,为三维扩散。高温条件下,ABS和AS对碳钢的腐蚀速率均随温度升高而降低,200℃以上变化不大;低于200℃时,ABS对碳钢的腐蚀速率比AS快;ABS浓度越高,腐蚀速率越快;利用SEM/EDS和XRD分析,确定腐蚀产物可能为铁的氧化物和(NH4)Fe(SO4)2等;机理为碳钢先发生酸性腐蚀和氧腐蚀,生成的Fe2+发生系列次生反应,生成铁的氧化物和(NH4)Fe(SO4)2等。结合实验研究结果表明,采用空预器控温的手段,应使烟气温度在350℃左右,以保证在实现一定的ABS挥发效果的同时,避免后续腐蚀问题。DSI法可以实现较好的SO3脱除效率,对ABS的控制效果好且运行费用较低。本论文研究对企业控制或减轻ABS的不良影响提供了理论基础。


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