0引言

目前火電廠對(duì)NOx的控制采用的主流技術(shù)分為爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)和爐外脫硝技術(shù)，爐外脫硝技術(shù)主要有選擇性還原技術(shù)（SCR）和選擇性非還原技術(shù)（SNCR）2種。這兩種技術(shù)雖可通過爐內(nèi)燃燒控制NOx的生成，借助SCR或SNCR系統(tǒng)來有效控制NOx排放，但易出現(xiàn)氨逃逸率大問題，過量NH3與鍋爐燃燒產(chǎn)生的SO3結(jié)合生成NH4HSO4，引起空預(yù)器堵灰，影響鍋爐機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為抑制NH4HSO4的生成，有必要對(duì)SO3的生成機(jī)理進(jìn)行分析，以尋求解決空預(yù)器堵灰的途徑。

1SO3的生成機(jī)理

煤中硫一般以無機(jī)硫、有機(jī)硫和單質(zhì)硫3種形態(tài)存在，其中無機(jī)硫分為硫化物和硫酸鹽，占總硫份額60%~70%；有機(jī)硫分為二硫化物和硫醇等，占總硫份額30%~40%；單質(zhì)硫很少。參與鍋爐燃燒的是無機(jī)硫中的FeS2、有機(jī)硫和單質(zhì)硫。

1.1SO2生成機(jī)理

煤燃燒產(chǎn)生的SO2主要來自無機(jī)硫中的FeS2、有機(jī)硫、單質(zhì)硫的氧化及中間產(chǎn)物SO、H2S和CS2、COS的氧化。

FeS2在氧化氛圍中生成SO2；在還原氛圍中，一部分自生分解，另一部分與H2、CO作用生成FeS、H2S、COS和S2。有機(jī)硫在氧化氛圍中生成SO2，還原氛圍中生產(chǎn)H2S、COS。單質(zhì)硫氧化生成SO，SO最終氧化為SO2。COS是CS2的中間體，最終在氧化氛圍中生成SO2。

1.2SO2氧化成SO3的機(jī)理

SO2轉(zhuǎn)化為SO3在爐膛內(nèi)完成，SO2在高溫區(qū)與氧原子作用生成SO3，火焰溫度越高，氧原子濃度越高，在高溫區(qū)停留時(shí)間越長(zhǎng)，生成的SO3越多。SO3的生成還受各種因素的制約。

富燃料燃燒時(shí)，SO3的生成速率相對(duì)較小，這是由于燃燒環(huán)境抑制了SO2向SO3的轉(zhuǎn)化。因此，采用低氧分級(jí)燃燒有助于減小SO3的生成量。

2鍋爐空預(yù)器堵灰情況

某電廠鍋爐為東方鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造的DG1089/17.4-Ⅱ1型亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)鍋爐。脫硫方式為爐外脫硫，脫硝方式為SNCR，脫硝介質(zhì)為尿素?？疹A(yù)器為管式空預(yù)器。2019年2號(hào)機(jī)組臨修期間，發(fā)現(xiàn)鍋爐兩側(cè)空預(yù)器積灰嚴(yán)重（見圖1）。對(duì)積灰成分進(jìn)行了化驗(yàn)，結(jié)果見表1所示。

由表1可以看出，位于空預(yù)器一次風(fēng)上部、中部、下部積灰中的硫酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.046%、6.654%、16.31%，上部、中部差別不大，下部突然增大。一次風(fēng)下部位于距空預(yù)器下端500~800mm，該位置NH4HSO4黏性最強(qiáng)?？疹A(yù)器一次風(fēng)上部、中部、下部450℃灼燒減量分別為3.33%、36.83%、46.39%，從上到下逐漸增大。450℃正好位于NH4HSO4的分解溫度范圍內(nèi)。

3空預(yù)器入口SO3生成的影響因素分析

為了解空預(yù)器入口SO3分布情況，分4個(gè)負(fù)荷工況對(duì)空預(yù)器入口煙氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，具體數(shù)據(jù)見表2。在測(cè)試期間對(duì)燃煤指標(biāo)進(jìn)行化驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表3。由表3可知，不同負(fù)荷工況下，煤中硫分基本變化不大，發(fā)熱量變化很小，煤質(zhì)穩(wěn)定。

3.1負(fù)荷

圖2和圖3分別為SO2、SO3生成趨勢(shì)圖，由圖2和圖3可以看出，SO2、SO3生成量隨著負(fù)荷的增大而增大。負(fù)荷由160MW升到200MW時(shí)，SO2和SO3生成速率相對(duì)較大，這可能與床溫的變化有關(guān)。

3.2床溫

為了更好體現(xiàn)SO3的生成情況，通過煤質(zhì)、煙氣量換算得到SO3轉(zhuǎn)化率，具體見表4。

床溫由895℃升到919.32℃時(shí)，SO3生成速率較大，而床溫由919.32℃升到969.51℃過程中，SO3的生成速率相對(duì)較小且平穩(wěn)，說明床溫919.32℃是生成SO3生成速率變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這個(gè)溫度正好與有機(jī)硫的分解溫度相差10℃以上，可能與爐內(nèi)燃燒環(huán)境影響有關(guān)，導(dǎo)致有機(jī)硫的實(shí)際分解溫度低于理論分解溫度（930℃）。

3.3氧量

為了分析氧量對(duì)SO3轉(zhuǎn)化率的影響，本次試驗(yàn)在310MW負(fù)荷下，保持其他參數(shù)不變，只改變氧量，觀察SO3的生成情況，具體數(shù)據(jù)見表5。

從表5看出，各負(fù)荷下床溫變化不大，CO體積分?jǐn)?shù)變化相對(duì)較大，在氧量1.0%時(shí)，CO體積分?jǐn)?shù)最大，為287.54×10-6；氧量增至1.8%時(shí)，CO體積分?jǐn)?shù)為0；氧量為1.0%~1.8%時(shí)，鍋爐處于富燃料燃燒；而氧量為1.8%~2.5%時(shí)，鍋爐處于富氧燃燒。氧量在1.0%~1.8%時(shí)，SO3體積分?jǐn)?shù)屬于上升趨勢(shì)；氧量在2.0%時(shí)，SO3體積分?jǐn)?shù)似乎到達(dá)了最大值；氧量在2.0%~2.5%時(shí)，SO3的生成速率有微弱下降趨勢(shì)，說明富燃料燃燒有助于抑制SO3生成。

3.4試驗(yàn)結(jié)論

通過分析機(jī)組負(fù)荷、鍋爐床溫、氧量對(duì)SO3生成的影響，得出以下結(jié)論：SO3的生成量隨著負(fù)荷的增加而增加，但在實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組負(fù)荷受電網(wǎng)的影響二不可控；鍋爐床溫與有機(jī)硫的分解有直接關(guān)系，對(duì)SO3的生成有決定性的影響；合理的氧量可以抑制SO3的生成，運(yùn)行中可以通過控制合適的氧量來降低SO3的生成，從而有效降低空預(yù)器堵灰的風(fēng)險(xiǎn)。為了保證鍋爐效率及機(jī)組的安全運(yùn)行，氧量要保持一定裕度。2號(hào)鍋爐氧量應(yīng)維持1.2%~1.5%，這樣既抑制了SO3的產(chǎn)生，又保證了鍋爐效率。

4SO3抑制措施

SO3是生成NH4HSO4的主要原因。為了抑制NH4HSO4的產(chǎn)生，須從減少SO3的生成入手，從而起到緩解空預(yù)器及其他下游設(shè)備堵灰和腐蝕的壓力，抑制SO3生成的措施主要有以下方面。

4.1控制鍋爐床溫

控制床溫能夠有效減少SO3的生成。循環(huán)流化床鍋爐床溫一般控制在850℃，既能保證鍋爐高效運(yùn)行，又能減少NOx和SO3的產(chǎn)生。

4.2控制入爐煤粒徑

入爐煤粒徑是衡量鍋爐燃燒狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，如果粒徑合適，鍋爐床溫均勻，流化較好，一次風(fēng)會(huì)大幅下降，為低氧燃燒創(chuàng)造條件。本次試驗(yàn)由于現(xiàn)場(chǎng)沒有篩分系統(tǒng)，粒徑不能保證，導(dǎo)致床溫不均勻，甚至達(dá)到1039℃，在這個(gè)溫度區(qū)域NOx、SO2和SO3生成速率較高。為了防止大顆粒沉積引起排渣困難和造成結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)，只能增大一次風(fēng)。由表3可知，一次風(fēng)相對(duì)較大，應(yīng)該加裝篩分系統(tǒng)，以保證鍋爐穩(wěn)定燃燒。

4.3采用低氧分級(jí)燃燒

低氧分級(jí)燃燒對(duì)抑制NOx和SO3的產(chǎn)生作用明顯，NOx和SO3的減少降低了空預(yù)器堵灰的可能。為了實(shí)現(xiàn)低氧分級(jí)燃燒，需要對(duì)二次風(fēng)進(jìn)行改造：提高二次風(fēng)噴口，拉大二次風(fēng)噴口距離；適當(dāng)縮小底層二次風(fēng)量，加大上二次風(fēng)量；噴口縮頸、減小傾斜角，從而提高鍋爐燃燒的穿透力。

4.4加強(qiáng)煤質(zhì)的管理

煤質(zhì)是影響鍋爐燃燒的最重要因素，應(yīng)該加強(qiáng)煤質(zhì)管理，保證煤質(zhì)穩(wěn)定。燃燒低硫煤是降低SO2和SO3最直接方法。

4.5監(jiān)視風(fēng)帽狀態(tài)

風(fēng)帽運(yùn)行的好壞直接影響鍋爐的燃燒狀況，因此應(yīng)在大修期間做好風(fēng)帽的維修工作。

4.6檢查返料系統(tǒng)

返料系統(tǒng)是調(diào)節(jié)鍋爐床溫的重要系統(tǒng)，其運(yùn)行情況直接影響床溫的控制效果。低負(fù)荷下2號(hào)鍋爐床溫較高，應(yīng)及時(shí)檢查返料系統(tǒng)，必要時(shí)進(jìn)行改造。改造時(shí)要考慮鍋爐效率和傳熱情況等多種因素，使床溫維持在合理區(qū)間，從而降低SO2和SO3的生成速率。

5調(diào)整效果

采用上述措施對(duì)循環(huán)流化床鍋爐燃燒進(jìn)行調(diào)整后，空預(yù)器堵灰問題得到明顯改善，引風(fēng)機(jī)電流減小，空預(yù)器前后差壓明顯下降（見表6），不僅滿足了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而且提高了鍋爐運(yùn)行安全性，避免了因空預(yù)器堵灰而引起停機(jī)的危險(xiǎn)。

6結(jié)語

通過對(duì)某電廠2號(hào)鍋爐進(jìn)行燃燒試驗(yàn)調(diào)整，驗(yàn)證了負(fù)荷、床溫和氧量對(duì)SO2及SO3生成量的影響，針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果，提出抑制SO3生成、進(jìn)而減少NH4HSO4生成量的措施，緩解了鍋爐空預(yù)器堵灰的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)同類型機(jī)組也具有一定的借鑒意義。