电厂粉煤灰中SO3浓度高原因分析与调整解决方案

【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。