烟气脱硝过程中硫酸氢铵生成机理研究

一、前言

随着社会经济发展，燃煤锅炉排烟中的氮氧化物(NOx)对自然生态以及人体健康危害日益严重。烟气脱硝技术作为脱除锅炉烟道烟气中NOx的主要方法。其缺点是脱硝会造成逃逸NH₃，逃逸出的NH₃容易与SO₃反应生成副产物硫酸氢铵。硫酸氢铵的特点是粘性强、易吸附飞灰、低温下的吸湿性较强。当从烟气中吸水后会导致空预器、省煤器的积灰和腐蚀，对设备造成损害。因此，开展对于硫酸氢铵生成机理的研究对于抑制硫酸氢铵的生成具有重要意义。

二、硫酸氢铵的危害

未反应的逃逸NH₃还会与烟气中的SO3发生反应生成硫酸氢铵,在通常运行温度下，硫酸氢铵的露点为147℃，其以液态形式在物体表面聚集或以液滴形式分散烟气中。硫酸氢铵带来的危害如下:硫酸氢铵在低温下会附着在催化剂缝隙里，造成催化剂失活;由于硫酸氢铵的粘结性和腐蚀性，硫酸氢铵易与烟气中的灰尘粘附在换热元件表面，降低换热效率:硫酸氢铵会吸附飞灰粘附在电除尘内的阳极板或阴极线上，影响电除尘内烟气中的灰尘荷电，导致除尘效率的降低等。

CaSO4、NH4HSO4、NH4Cl和飞灰组成的复合型灰垢

三、NH₃与SO₃反应分析

烟气中NH₃和 SO₃发生反应有多种途径,产物也各有不同,包括下列反应式所示的反应。SO₃参与反应的形式是影响生成温度的一个因素，SO₃参与反应时生成温度较 H₂SO₄更高。依据热力学角度考虑，NH₃与SO₃反应更易生成硫酸铵，生成的主要产物是硫酸氢铵，且其生成速率极快，在低于生成温度30℃时，反应可完成90%以上。有研究表明在NH₃过量的情况下，才会生成硫酸铵。 

四、SO3生成机理及影响因素

煤中所含的硫是有害物质，在煤炭燃烧过程中，大约有95%的硫会与空气氧化生成 SO₃,随烟气排出。煤中硫燃烧过程中生成的气体主要是 SO₂。有资料表明，当过量空气系数大于 1，且处于完全燃烧情况下，约有0.5%~2.0%的SO₂会被氧化生成SO₃，即

在炉膛高温存在氧原子条件下或在受热面上有催化剂时，一部分SO₂会转变成SO₃，但SO₃只占 0.5%~2%，也就是说煤中硫分有1%~2%释放出SO₃气体。同时SO₂的生产量越多，过剩空气系数越大，火焰中心温度越高，生成的SO₃也越多。

SCR反应过程在烟气脱硝的同时，催化剂成分中的V₂O₅可以使烟气中的SO₂氧化成SO₃，所以在采购催化剂过程中一般都要求SO₂氧化生成SO₃的转化率控制在1%以内。

五、研究结果

1.从化学热力学的角度分析，计算各个反应的热力学参数，发现在脱硝烟气中SO₃极易与 H₂O发生反应生成 H₂SO₄，H₂O浓度越高，温度越低，H₂SO₄的生成率越高。随着烟气温度的降低，SO₃更易与NH₃发生反应，其转化率最大值的温度低于生成H₂SO₄的转化率最大值的温度，即以SO₃的形式与 NH₃反应较H₂SO₄更易生成硫酸氢铵。

2.SO₃和NH₃反应时，随着温度降低，SO₃的转化率增大，硫酸氢铵的生成转化率也增大,表明硫酸氢铵在低温下容易生成:随着SO₃和NH₃浓度的比值增加，其NH3的反应转化率也相应增加。

3.SO₃和H₂O反应与 SO₃和NH₃反应，这两个反应在过程中，随着温度变化，转化率的导数存在极值情况，即随着温度降低，转化率出现先减后增的情况;随着温度降低，转化率相对增大;同一温度下，反应物在低浓度变化时，其转化率变化不大，基本一致。

4.硫酸氢铵分解过程，在120℃开始缓慢分解，一直到232℃左右分解都很缓慢，此后分解速率开始增大，其分解率与温度直接相关，在270℃左右开始有氨气的产生，在370℃(空气氛围)左右，分解速率达到最大，在450℃左右分解反应停止;硫酸氢铵的分解温度与对应分解物浓度有关，浓度越小，分解温度越高，即越难分解。

5.硫酸氢铵粘稠状固体的形成温度在260℃左右。