CN113941234B - 一种烟气中三氧化硫脱除系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种烟气中三氧化硫脱除系统，利用特定波长的光线对烟气进行照射，使烟气中的三氧化硫分解成SO2和O2，包括安装在烟道内的光源装置、供电保护装置和安装在烟道外的电源控制装置，灯管灯光的波长为180‑250nm。光源装置包括发光灯管、灯座和保护罩，灯管和灯座安装在保护罩下面。供电保护装置包括电源线和用于穿线的水冷夹套管；将电源线穿设在水冷夹套管的中心，水冷夹套管的夹套内流通冷却液，同时水冷夹套管的中心流通压缩空气，双重降温保护其内的电源线。中心管内的压缩空气从与灯座相接处流出，喷向灯座和灯管，对灯管、灯座和电源线进行吹扫和冷却，降低高温对电源线的损坏，提高其使用寿命和防止灯管上积灰。

Description

一种烟气中三氧化硫脱除系统
技术领域
本发明涉及火力发电环保工艺领域，特别是一种烟气中三氧化硫脱除系统。
背景技术
烟气中SO3来源主要有两种，一是含硫燃料燃烧时产生，约占硫氧化物的0.5-1.5%；二是烟气中的SO2经SCR脱硝催化剂催化反应后转化成SO3，约占烟气中硫氧化物的0.5-2.0%。烟气中的SO3与SCR脱硝装置逃逸出来的NH3反应会生成硫酸氢铵（NH4HSO4）,也就是通常说的ABS（ammonium bisulfate）。硫酸氢铵的露点温度是147℃，当温度降低到这个温度以下时，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。具有极强的吸附性，会造成大量灰分在空气预热器沉降，引起空气预热器堵塞及阻力上升，换热效率下降，同时还会造成空气预热器腐蚀穿孔，影响设施使用寿命。ABS随烟气流到后面的除尘器中，还会造成除尘设施飞尘粘附，堵塞除尘布袋。从现有的烟气脱硝装置运行经验可知，ABS已成为SCR脱硝技术最大的负面影响，对用户生产系统造成令人头痛的影响和损失。要减轻其危害，就要设法降低脱硝后烟气中的SO3和NH3的浓度。但要维持较高的脱硝效率，就必须有过量的NH3，氨逃逸不可能降为零，有一定的最低值。而只要烟气有SO3，就会形成ABS。降低烟气中SO3浓度，才能更有效地减少ABS的生成。
专利号为CN105879620A公开了一种用于烟气净化的两级烟气三氧化硫脱除装置及方法，但是该方法需喷入多种物料，运行成本高，且仍然存在腐蚀和加重堵塞风险；国内科技人员对此进行了许多研究，比如采用向烟气中喷入镁基或钙基吸附剂，吸附烟气中的SO3，还有研究采用电晕放电使烟气中SO3分解的。但匀因效果不好、经济性差和安全问题等没有被普及。本发明即在这样的背景下进行新的尝试和研发，提出新的思路和系统。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的上述不足，而提供一种便于改善烟气氛围，降低烟气中ABS在空气预热器上粘附、堵塞和腐蚀，提高空气预热器的使用寿命的烟气三氧化硫（SO3）脱除系统。
本发明的技术方案是：一种烟气中SO3脱除系统，利用特定波长的光线对烟气进行照射，使烟气中的SO3分解成SO2和O2，包括安装在烟道内的光源装置、供电保护装置和安装在烟道外的电源控制装置，进一步，所述灯管灯光的波长为180-250nm。优选地，灯光的波长为200-220nm。特定波长的光波才能有高的分解效率。
进一步，所述光源装置和供电保护装置均安装在SCR脱硝反应器内下层脱硝催化剂支撑梁的下方。
进一步，所述光源装置和供电保护装置还可安装在脱硝反应器内首层催化剂的上方或者喷氨格栅前后的烟道空阔处，可单独在某一处安装，也可两处或多处同时安装使用。
进一步，所述光源装置包括灯管、灯座和保护罩，灯管和灯座安装在保护罩下面，保护罩为半圆形钢管壳保护罩；阻挡含尘烟气对灯管和灯座的冲涮和磨蚀，对石英灯管起到保护作用，延长其使用寿命。
进一步，所述灯管为耐高温的石英灯管材质；所述灯座为耐高温的陶瓷和金属材质，灯座耐温500℃以上。
进一步，所述供电保护装置包括：电源线和用于穿线的水冷夹套管；电源线穿设在水冷夹套管的中心，水冷夹套管的夹套内流通冷却水，水冷夹套管的中心通压缩空气，压缩空气从与灯座相接处流出，喷向灯座和灯管。优选地，水冷夹套管主要用于对电源线进行保护，将电源线穿设在水冷夹套管的中心，水冷夹套管的夹套内流通冷却液，冷却液起到降温的效果，同时水冷夹套管的中心流通压缩空气，进一步降温，双重保护其内的电源线。同时中心管内的压缩空气从与灯座相接处流出，喷向灯座和灯管，对灯管、灯座和电源线进行吹扫和冷却，更进一步的降低高温对电源线的损坏，提高其使用寿命，同时防止灯管上积灰。
进一步，所述水冷夹套管的炉外一端设有冷却水进口管阀，末端设有冷却水回水支管，汇集成一根总回水管引出反应器后装设出水管阀。优选地，水冷夹套管接不间断水源，采用循环冷却水或工业水，进口管阀和出水管阀均为电动阀门，并与锅炉（窑炉）引风机联动，防止锅炉启动后忘记开冷却水，高温烧坏电线。
进一步，所述水冷夹套管的中心管在反应器外接进气管，进气管上设有电动阀。进气电动阀与锅炉（窑炉）引风机联动，以防止锅炉（窑炉）启动后忘记开压缩空气，高温损坏电线和灯管。
进一步，所述电源控制装置安装在脱硝反应器外平台上，或安装于锅炉控制室；可以同时进行手动启停，或与锅炉联动，实现自动启停；冷却水进、出口电动阀和压缩空气进气电动阀与引风机的联动控制可在原锅炉控制系统内增加元件和程序块实现。
本发明原理为：脱硝后烟气中形成的ABS对空气预热器的腐蚀和堵塞影响，ABS的形成与烟气中SO3和NH3的浓度有紧密关系，图5是空气预热器入口烟气中NH3与SO3浓度对空气预热器的影响：区域I，不需要任何措施，为安全运行区域；区域II，可能会发生轻微的堵塞和腐蚀，不需要经常的水冲洗；区域III，硫酸氢氨的堵塞和腐蚀非常危险，需要频繁的水冲洗；区域IV，将随时导致机组停运。我国相关技术规范规定，SCR烟气脱硝要求控制脱硝后氨逃逸不高于3ppm。而根据相关研究，燃烧后烟气中SO2与SO3的比率约为100：1，而SCR脱硝催化剂会促进SO2转化为SO3，一般要求转化率小于1%。当烟气中SO2浓度为1500ppm时，经脱硝后烟气中SO3浓度可能达到30ppm。从图5可以看到，当NH3为3ppm、SO3为30ppm时，已处于ZONE Ⅲ区域，非常容易产生堵塞和腐蚀。要改善这一状况，只有降低烟气中NH3和SO3浓度。要保证高的脱硝效率，一定量的氨过剩量是必须的，3ppm是规范规定限值。只能设法降低烟气中SO3浓度。如果能降低烟气中SO3浓度值的三分之一左右，使之小于20ppm，从图5可看出就处于区域Ⅲ之外进入区域Ⅱ了，堵塞和腐蚀风险就较低了。
SO3在特定波长光波照射下，可分解成SO2和O2，这是一个可逆反应，且正逆向反应吸收不同波长光波。反应式为：
2 SO3+hv(λ1)
Figure 282101DEST_PATH_IMAGE001
2SO2+O2+hv(λ2)
其反应常数与波长关系式如下:
Figure 87989DEST_PATH_IMAGE002
式中：△rGo m为光反应的吉布斯自由能变，R为气体常数（值8.314），T为气体绝对温度，Kp o为标准平衡常数，λ1和λ2分别为分解反应和合成反应的吸收光波长。
经研究，λ1=211nm时SO3分解率最高，λ2=278nm时SO2合成率最高。在300-600OF时，211nm波长光波照射下，SO3最高分解率可达50%。可以满足上述的要求，将脱硝后烟气状态从区域Ⅲ变为区域Ⅱ，降为低风险区。
在脱硝反应器最下层的催化剂支撑小梁下安装固定特制的灯管，或在喷氨格栅与脱硝反应器之间设置灯管，通电后灯管发出特定波长范围的光波，烟气中的SO3在光照射下部分分解成SO2，降低烟气中SO3浓度，从而改善烟气氛围，降低甚至消除ABS对空气预热器和后续设施的堵塞、粘附、腐蚀。
本发明具有如下特点：有效的降低了烟气中ABS在空气预热器上的粘附，降低了空气预热器的堵塞风险，降低了对空气预热器的腐蚀，降低了对锅炉的检修和清理频率，降低了空气预热器和后续设施的堵塞、粘附、腐蚀；有效的提高了空气预热器和锅炉的使用寿命。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
图1-为本发明的结构示意图；
图2-为水冷夹套管安装示意图；
图3-为光源装置结构示意图；
图4-为实施例二结构示意图；
图5-为空气预热器入口烟气中NH3与SO3浓度对空气预热器的影响示意图；
1-锅炉，2-锅炉省煤器，3-脱硝反应器，4-脱硝催化剂，5-冷却水进口管阀，6-水冷夹套管，7-电源控制装置，8-压缩空气电动阀，9-光源装置，10-冷却水出水口管阀，11-空气预热器，12-锅炉出口烟道，13-催化剂支撑梁，14-保护罩，15-灯管，16-喷氨格栅，17-灯座17，18-整流格栅。
具体实施方式
实施例一
如图1-3所示：一种烟气中SO3脱除系统，包括安装在SCR脱硝反应器3内下层脱硝催化剂支撑梁13下方的光源装置9、供电保护装置和安装在反应器外的电源控制装置7。光源装置包括石英灯管15、灯座17和保护罩14，石英灯管15和灯座17安装在保护罩下面。保护罩为半圆形钢管壳保护罩，阻挡含尘烟气对石英灯管15和灯座17的冲涮和磨蚀，对石英灯管15起到保护作用，延长其使用寿命；
在另一个实施例中，所述光源装置9和供电保护装置安装在脱硝反应器3内首层催化剂的上方或者喷氨格栅16前后的烟道空阔处，可单独在某一处安装，也可两处或多处同时安装使用。
在实施例中，供电保护装置包括：电源线和用于穿线的水冷夹套管6。水冷夹套管主要用于对电源线进行保护，将电源线穿设在水冷夹套管的中心，水冷夹套管的夹套内流通冷却水，冷却液起到降温的效果，同时水冷夹套管的中心流通压缩空气，进一步降温，双重保护其内的电源线。同时中心管内的压缩空气从与灯座17相接处流出，喷向灯座17和石英灯管15，对石英灯管15、灯座17和电源线进行吹扫和冷却，更进一步的降低高温对电源线和石英灯管15的损坏，提高其使用寿命。
在实施例中，水冷夹套管6的一端设有冷却水进口管阀5，另一端设有冷却水出水口管阀10。水冷夹套管6接不间断水源，采用循环冷却水或工业水，进口管阀5和出水口管阀10均为电动阀门。石英灯管15通过电源线和电源控制装置7与外界电源接通，水冷夹套管6与进气管密封连接，进气管上设有压缩空气电动阀8。所有电动阀门均与锅炉引风机联动，保证锅炉（窑炉）1启动时就有冷却水和压缩空气进入进行冷却降温，防止烧坏相关设施。
锅炉（窑炉）1启动运行后，人工或自动启动SO3脱除装置，各石英灯管15通电发光，产生特定波长段的光波，照射通过脱硝后的烟气。烟气中的SO3在特定波长段的光波照射下，分解成SO2和O2，从而降低烟气中SO3的浓度，减轻或消除SO3引起的相关危害。
实施例二
如图4所示：一种烟气中SO3脱除系统，包括锅炉1，锅炉1的烟道内设有锅炉省煤器2，在实施例1的基础上，其不仅在下层脱硝催化剂4下方安装了实施例一所示的系统和装置，同时还在首层催化剂上方，反应器整流格栅18的下面，再安装了一套同实施例一同样的光解脱除系统和装置。石英灯管15和电源线及保护用的水冷夹套管安装在整流格栅支撑梁下，梁不够时适当增加钢梁，以布置足够数量的石英灯管15。其他部件安装方式均与实施例一中的相同。
锅炉（窑炉）1启动运行时，人工或自动启动上述两套SO3脱除系统。烟气经整流格栅18后均匀地穿过首层光波照射区，其中所含SO3分子在特定波长段光波照射下分解，降低了初始的SO3浓度。然后烟气经过脱硝催化反应区，脱硝的同时又会使1%左右的SO2氧化成SO3,烟气中SO3浓度又有所增高。脱硝出来后再次经过下层的光波照射区，烟气中SO3分子再次在光波照射下分解，进一步降低SO3浓度。两次光解，提高了SO3分解脱除效率。在运行中还可根据燃煤和工况变化，只运行其中的一套光解装置或两套同时运行。经过处理之后烟气最后通过空气预热器11从锅炉出口烟道12排出。
本发明有效的降低了烟气中ABS在空气预热器上的粘附，降低了空气预热器的堵塞风险，降低了对空气预热器的腐蚀，降低了对锅炉的检修和清理频率，降低了空气预热器和后续设施的堵塞、粘附、腐蚀；有效的提高了空气预热器和锅炉的使用寿命。
以上是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种烟气中三氧化硫脱除系统，其特征在于：利用特定波长的光线对烟气进行照射，使烟气中的三氧化硫分解成SO2和O2，包括安装在烟道内的光源装置、供电保护装置和安装在烟道外的电源控制装置，所述光源装置包括灯管、灯座和保护罩，灯管和灯座安装在保护罩下面，保护罩为半圆形钢管壳保护罩，灯管通过电源线和电源控制装置与外界电源接通，灯管灯光的波长为180-250nm；所述供电保护装置包括：电源线和用于穿线的水冷夹套管；电源线穿设在水冷夹套管的中心，水冷夹套管的夹套内流通冷却水，水冷夹套管的中心通压缩空气，压缩空气从与灯座相接处流出，喷向灯座和灯管。
2.根据权利要求1所述的烟气中三氧化硫脱除系统，其特征在于：所述光源装置和供电保护装置均安装在SCR脱硝反应器内下层脱硝催化剂支撑梁的下方。
3.根据权利要求1所述的烟气中三氧化硫脱除系统，其特征在于：所述光源装置和供电保护装置安装在脱硝反应器内首层催化剂的上方或者喷氨格栅前后的烟道空阔处，单独在某一处安装，或两处或多处安装使用。
4.根据权利要求1所述的烟气中三氧化硫脱除系统，其特征在于：所述灯管为耐高温的石英灯管材质；所述灯座为耐高温的陶瓷和金属材质，灯座耐温500℃以上。
5.根据权利要求1所述的烟气中三氧化硫脱除系统，其特征在于：水冷夹套管的炉外一端设有冷却水进口管阀，末端设有冷却水回水支管，汇集成一根总回水管引出反应器后装设出水管阀；水冷夹套管接不间断水源，采用循环冷却水或工业水，进口管阀和出水管阀均为电动阀门，并与锅炉引风机联动。
6.根据权利要求5所述的烟气中三氧化硫脱除系统，其特征在于：水冷夹套管的中心管在反应器外接进气管，进气管上设有电动阀；进气电动阀与锅炉引风机联动。
7.根据权利要求1所述的烟气中三氧化硫脱除系统，其特征在于：所述电源控制装置安装在脱硝反应器外平台上，或安装于锅炉控制室；可以进行手动启停，或与锅炉联动，实现自动启停；冷却水进、出口电动阀和压缩空气进气电动阀与引风机的联动控制在原锅炉控制系统内增加元件和程序块实现。
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