电子束烟气脱硫问题再探讨-关于成都热电厂电子束烟气脱硫技

电子束烟气脱硫问题再探讨陈亚非(杭州华新机电工程有限公司，浙江杭州310012)摘要：通过对《电子束烟气脱硫若干问题探讨的分析》一文的分析，发现其定性的分析和说明尚不能完全排除脱硫后烟气中存在SO3和H2SO4残余的可能性；进一步的资料调研与分析表明，出现当NH3添加当量比为0.5时，脱硫率(实际是二氧化硫转化率)达60%的现象的根本原因既不是测试误差，也不是HF，HCl，SO3等污染物的影响，而是现有设计的必然结果。关键词：电子束烟气脱硫脱硝《中国电力》2000年第7期刊登了拙文《电子束烟气脱硫若干问题探讨》[1]，于第10期又刊登了《电子束烟气脱硫若干问题探讨的分析》[2]对拙文中讨论的问题提出了另外的看法。在所讨论的问题中，化肥捕集效果、系统可用率及耗电量问题应该说还是一些较次要的问题，在上述两篇文章中，大家见仁见智，都发表了自己的看法，相信读者自会取舍。但关于电子束烟气脱硫系统是否有将污染转移的问题，即脱硫后烟气中是否有SO3和H2SO4残余的问题，却是电子束脱硫系统的核心问题，值得再作探讨。在拙文《电子束烟气脱硫若干问题探讨》中提到有人把NH3添加当量比定义如下：xxNOSONHCCC23式中——NH3添加当量比；xSOC——烟气中硫氧化物浓度，10-6；XNOC——烟气中氮氧化物浓度，10-6；3NHC——烟气中添加氨浓度，10-6。在《电子束烟气脱硫若干问题探讨的分析》中对这种定义方法给予了确认。确实这种定义方法勉强解释了图1中当NH3添加当量比为0.5时如何实现60%的脱硫率的问题。但是如果根据这种NH3添加当量比的定义，意味着图1中当NH3添加当量比为0.8、脱硫率80%时的残氨浓度将达280×10-6，大大超过50×10-6的设计残氨浓度。图1脱硫率与氨添加当量的关系[3]对此，《电子束烟气脱硫若干问题探讨的分析》的解释是：“此外，在实际燃煤烟气中，除SO2和NOX等主要污染物外，还有HF，HCl，SO3等污染物，它们的浓度一般均在几十/106，这与煤种及燃烧条件等因素有关。这些污染物很容易与NH3反应生成NH4F，NH4Cl和(NH4)2SO4而被去除。在反应过程中，参加脱硫、脱硝反应的氨体积质量与添加的氨体积质量基本一致。《探讨》中给出的这两个氨体积质量之差为280×10-6是按脱硫率80%、脱硝率10%及氨添加当量比0.8的情况算出的，但实际脱硝率高于10%(约为18%)，且部分氨还用于上述3种其它污染物的脱除，故烟气中只有少量残氨。”根据上述解释，提高的脱硝率以及HF，HCl，SO3等污染物消耗的氨以及与残氨之和基本就是280×10-6，那么我们再回过头来看一下图1中当NH3添加当量比为0.5、脱硫率60%的情况吧。根据拙文《电子束烟气脱硫若干问题探讨》中的分析与计算方法，按文献[3]中所提到的设计参数：进口SOx浓度1800×10-6、NOx浓度400×10-6来计算，当脱硫率为60%、脱硝率为10%时，实际参加反应的SOx浓度为1080×10-6，NOx浓度为40×10-6，相应的参加反应的氨浓度为：1080×10-6×2+40×10-6=2200×10-6同样考虑提高的脱硝率以及HF，HCl，SO3等消耗的氨和残氨280×10-6，那么这种情况下参加反应的NH3浓度为2480×10-6，而由于此时的NH3添加当量比为0.5，实际加入的NH3浓度仅为：666102000)104001018002(5.0)2(23XNOSONHCCC这意味着实际加入的NH3浓度小于参加反应的NH3浓度，这显然是不可能的，也就是说图1本身存在自相矛盾，解释了脱硫率80%、脱硝率10%及氨添加当量比为0.8的情况就难以解释脱硫率60%、脱硝率10%及氨添加当量比0.5的情况（更难以解释脱硫率50%、脱硝率10%及氨添加当量比0.4的情况）。两篇论文的分析可从表1和表2中看得更清楚。表1根据拙文《电子束烟气脱硫若干问题探讨》的计算结果项目xSOC10-6XNOC10-6与SO2，NOx反应的3NHC，10-6实际加入的3NHC，10-6结论进口浓度1800400脱硫率50%、脱硝率10%时参加反应物900401840相当于=0.46=0.41600加入3NHC少240×10-6，不可能实现50%脱硫率脱硫率60%、脱硝率10%时参加反应物1080402200相当于=0.55=0.52000加入3NHC少200×10-6，不可能实现60%脱硫率脱硫率80%、脱硝率10%时参加反应物1440402920相当于=0.73=0.83200残氨量280×10-6，超标表2根据《电子束烟气脱硫若干问题探讨的分析》的计算结果项目xSOC10-6XNOC10-6与SO2，NOx反应的3NHC10-6提高脱硝率以及与HF，HCl，SO3等反应的3NHC，10-6反应需要的总3NHC10-6实际加入的3NHC10-6结论进口浓度1800400脱硫率50%、脱硝率10%时参加反应物9004018402802120相当于=0.53=0.41600加入3NHC少520×10-6，不可能实现50%脱硫率脱硫率60%、脱硝率10%时参加反应物10804022002802480相当于=0.62=0.52000加入3NHC少480×10-6，不可能实现60%脱硫率脱硫率80%、脱硝率10%时参加反应物14404029202803200相当于=0.8=0.83200实际加入的3NHC与反应需要的总3NHC平衡，合理事实上，按照《电子束烟气脱硫若干问题探讨的分析》中提到的：根据测得的烟气量、烟气温度和二氧化硫浓度，当达到一定的脱硫率(实际是二氧化硫转化率)后，通过测定并控制烟气中的残氨量来确定氨添加当量比的控制逻辑很容易出现氨添加量不足而二氧化硫转化率偏高的现象，即出现图1中当NH3添加当量比为0.5时，脱硫率(实际是二氧化硫转化率)达60%的现象。因为二氧化硫转化率主要决定于电子束的活化效果，和NH3添加当量比关系不大，但脱硫率和NH3添加当量比的相关性就很强了，没有足量的氨无法把已转化的二氧化硫完全固定下来（而添加足量的氨又容易导致残氨超标），高出的部分主要以SO3和H2SO4的形式存在，部分与烟道中的金属材料反应而造成烟道腐蚀，部分随烟气进入大气中更直接地形成酸雨。通过进一步的调研发现荏原制作所申请的专利[4]也作出如下陈述：由于烟气中SOx，NOx浓度的不稳定以及目前可达到的对添加氨浓度的控制不能做到与SOx，NOx浓度的变化完全同步，为了保证当烟气中SOx，NOx浓度为最大值时系统实现必要的脱硫脱硝效率而添加的氨量将会导致当烟气中SOx，NOx浓度为最小值时的氨过量，即当烟气中SOx，NOx浓度为最小值时会出现烟气中残氨量超标。“为了在既不降低脱硫效率，又不降低脱氮效率的同时改进副产品和减少氨的漏放”，“依靠施加比达到目标脱硫和脱氮效率时所需氨量更少的氨量，并依靠再施加不包括氨在内的碱性物质，可以达到去除那些由于缺氨而尚未反应的SOx和NOx的目的，由此，在使整个脱硫和脱氮效率保持在高水平的同时，使副产品得到改进。”[4]由于在成都电厂脱硫中试系统中没有施加“不包括氨在内的碱性物质”的设备，而电厂烟气中的SOx和NOx浓度又不是一成不变的，因此试图既保证脱硫脱硝率（不是二氧化硫转化率），又保证残氨浓度满足排放标准可能有一定困难。实际生产过程中，为了保证残氨浓度满足排放标准，设计者采用了通过测定并控制烟气中的残氨量来确定氨添加当量比的控制逻辑，这将导致系统氨添加量不足，而此时的二氧化硫转化率并没有因氨添加量不足而降低，这也就是为什么会出现当NH3添加当量比为0.5时，脱硫率(实际是二氧化硫转化率)达60%的现象的根本原因。它既不是测试误差，也不是HF，HCl，SO3等污染物的影响，而是现有设计的必然结果。再进一步，我们可以尝试探讨一下为什么在成都电厂脱硫中试系统中没有施加“不包括氨在内的碱性物质”的设备呢？据荏原制作所申请的专利[4][5]介绍，当烟气中CO浓度低于SOx浓度的十倍时，就会产生有害于作物生长的氨基磺酸(NH2SO3NH4)，尽管其含量很低(仅占百分之几)，但由此形成的肥料也会阻碍作物生长。为了在不降低脱硫效率的同时改进副产品并减少氨的泄露，专利[5]中提出依靠施加比目标脱硫和脱氮效率所需氨量更小的氨量，并依靠再施加不包括氨在内的碱性物质达到去除那些由于缺氨尚未反应的SOx和NOx的目的，由此使整个脱硫和脱氮效率保持在高水平的同时，对副产品的pH值进行调整，抑制氨基磺酸的副作用。但是，添加不包括氨在内的碱性物质一方面会进一步降低化肥含氮率，对副产品的销售带来困难，另一方面带来的更大的副效应是过量的碱性物质与硫酸铵直接混合后会发生反应释放出氨气(为了防止在施用硫酸铵化肥后出现土壤板结，一般对硫酸铵化肥的使用建议是与石灰等碱性物质非混合配合使用)，这一方面将导致对环境造成二次污染，另一方面也更加降低了化肥含氮率。对电子束脱硫问题的讨论已经前后跨度两年多了，也许还要继续进行下去。通过讨论，原认识中的不足和偏颇之处不断呈现出来，使作者受益非浅，目前的认识也不一定正确，也许还有许多值得探讨的地方，欢迎专家学者指正。参考文献：[1].陈亚非,张奇兴.电子束烟气脱硫若干问题探讨[J].中国电力,2000,33(7):78~80.[2].邰德荣,王甲绪,张化一.对《电子束烟气脱硫若干问题探讨》的分析[J].中国电力,2000,33(10):72~75.[3].邰德荣,韩宾兵.成都电厂电子束烟气脱硫示范工程[J].中国电力,1998,31(11):42~47.[4].株式会社荏原制作所.依靠用电子束辐照来处理废气的方法[P].中国专利:CN88108404.[5].株式会社荏原制作所.通过暴露于电子束之下处理废气的方法与装置[P].中国专利:CN95120835.收稿日期：2003-06Re-discussionsonElectronBeamFlueGasDesulfurizationCHENYa-fei(HangzhouHuaxinelectromechanicalengineeringCorp.Ltd,Hangzhou310012,China)Abstract:Discussionabout《ViewsonthepaperofDiscussionsonElectronBeamFlueGasDesunlfurization》indicatestheviewsofthepapercan'teliminatethepossibilityofremnantSO3andH2SO4existinginfluegas.FurtherdatasindicatethereasonleadingtoNH3additionratiois0.5anddesulfurizationratio(infactit'stheinvertratioofSO2)is0.6isnottesterrorandeffectofotherpollutant(suchasHF、HCl、SO3),butnecessaryresultofexistingdesign.Keywords:electronbeam;fluegas;desulfurization;denitration作者简介:陈亚非(1973-),男,河南商丘人,博士,高级工程师,从事烟气脱硫、除尘及灰水结垢等方面的研究及工程应用工作。