燃煤電廠SO₃抑制與脫除技術綜述

王飛

摘 ?要：該文介紹了燃煤電廠燃煤污染物之三氧化硫（SO3）的生成機理，分析了不同位置處SO3的生成特點，總結了SO3排放所造成的相關危害;在此基礎上，對幾種常見的SO3抑制與脫除技術進行了探討，包括低硫煤混合燃燒技術、SCR脫硝系統的參數調整、脫硫劑噴射技術、除塵器前噴氨技術和濕式靜電除塵技術，對燃煤電廠降低煙氣中SO3排放具有積極的指導意義。

關鍵詞：燃煤電廠 ?SO3 ?生成機理 ?危害 ?抑制 ?脫除

中圖分類號：X701 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（a）-0150-02

SO3作為燃煤污染物之一，會對空預器、煙道和煙囪造成堵塞與腐蝕，影響電廠的正常運行和造成嚴重的空氣污染。此外，SO3毒性強，對人體皮膚、粘膜等組織有強烈的刺激和腐蝕作用，對公眾健康造成嚴重威脅。

然而目前我國并沒有對燃煤電廠中SO3排放限值做出規定，但隨著國家和公眾對燃煤電廠污染物排放的不斷重視，SO3作為危害性極大的燃煤污染物勢必會成為環保政策法規后續重點限排的污染物之一。該文針對燃煤電廠SO3的生成機理進行了闡述，同時介紹了SO3的相關危害，并對幾種常見的SO3抑制與脫除技術進行探討。

1 ?燃煤電廠SO3的生成機理

SO3主要來自SO2的氧化，其生成的影響因素眾多，與燃料的含硫量、粉塵濃度、鍋爐燃燒方式與運行工況、脫硝催化劑的種類與布置等相關因素有著密切的聯系。

1.1 SO3在煤燃燒過程中的生成

煤中硫主要有無機硫、有機硫和元素硫這3種形態存在，其含量在0.5%～3.0%之間。煤中無機硫是煤的硫化物和硫酸鹽的總稱，其中硫化物主要是硫化亞鐵，硫酸鹽則以硫酸鈣和硫酸亞鐵為主;煤中有機硫為與有機質結合的硫，它的組成結構復雜，通常分為脂肪硫和芳香硫;煤中元素硫以游離狀態存在，含量較少。

其中硫化亞鐵在溫度大于1300K時發生氧化反應，而硫酸鹽一般不能發生氧化反應。而大部分有機硫和元素硫的在燃燒過程中硫被釋放出來，進一步氧化成SO2。所有生成的SO2約有1.0%～5.0%在氧原子的作用下進一步氧化成SO3，而且燃燒溫度越高，氧原子的濃度越高，相應生成的SO3也越多。

1.2 SO3在省煤器中的生成

煙氣在經過省煤器時，煙氣溫度在700～1000K之間，對流受熱面和飛灰中存在著氧化鐵、氧化鋁等氧化物，此時，合適的催化溫度和氧化物，將SO2進一步氧化生成SO3。在溫度低于700K之后，對流受熱面和飛灰中存在著氧化物的催化作用將不再明顯[1]。

1.3 SO3在SCR脫硝系統中的生成

SCR脫硝是目前最成熟的煙氣脫硝技術，是利用還原劑（NH3尿素）在金屬催化劑作用下，選擇性地與NOx反應生成N2和H2O，SCR脫硝系統催化劑大多以TiO2為載體，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3為活性成分。但在脫除煙氣中的NOx的同時，也無法避免的將SO2催化生成SO3。此外SO3會與氨氣反應生成硫酸銨和硫酸氫銨導致后續設備的堵塞，給電廠帶來安全運行的隱患。

2 ?燃煤電廠SO3的危害

燃煤電廠SO3的危害主要體現在如下3個方面。

（1）當SO3濃度和水分較高時，會反應生成硫酸，腐蝕下游設備，為避免下游設備的腐蝕，必須保證空預器的出口溫度高于酸露點溫度，但過高的空預器出口溫度會降低系統效率。

（2）SO3會與氨氣反應生成硫酸氫銨和硫酸銨，附著在空預器換熱元件上，難以清除，增加系統的壓降，導致空預器傳熱效率的下降，嚴重時造成空預器堵塞，甚至鍋爐停運。

（3）煙囪排出的SO3會迅速吸收大氣中的水分，轉換為硫酸，一方面直接造成酸雨污染，另一方面硫酸以煙氣中的飛灰顆粒作為凝結中心，生成大量的硫酸細顆粒，而這些顆粒的直徑很小，對較短波長的光線的散射能力更強，這就造成了煙羽的一側呈現藍色，另一側呈現黃色，也就是藍煙和黃煙。同時，這些硫酸細顆粒也是造成能見度降低和霧霾加劇的重要組成部分。

3 ?燃煤電廠SO3抑制與脫除技術

3.1 低硫煤混合燃燒技術

低硫煤混合燃燒技術是通過在煤中摻入適當比例的低硫煤，降低煤中硫含量，從而減少SO2的濃度，繼而降低SO3的含量。從反應原理上來說，這是最直接且簡單的方式，從根本上減少了了SO3的生成，但我國低硫煤含量較少，采用低硫煤混合燃燒技術勢必會增加電廠運行成本。

3.2 SCR脫硝系統的參數調整

目前，在SCR脫硝系統中使用的催化劑大多使用的是V-W-Ti催化劑，研究表明[2]，其中WO3可抑制SO2向SO3的轉換，但V2O5或V2O5-MoO3會加速SO2向SO3的轉換，因此，控制催化劑V2O5和WO3的比例能從一定程度上抑制SO3在SCR脫硝系統中的生成。此外，控制SCR脫硝系統的反應溫度，催化劑的結構（如壁厚）也會影響SO2/SO3的轉化率。

3.3 脫硫劑噴射技術

脫硫劑通常為氫氧化鈣、氫氧化鎂、碳酸氫鈉、亞硫酸鈉，通常的方法是將上述物質配成漿液噴入爐膛或煙道的不同位置，前兩種利用的是酸堿中和反應，后兩種則是酸與鹽的反應，兩種方法的產物均為硫酸鹽。而噴入的位置主要為爐內和爐后，爐內噴入脫硫劑，脫除效率可達40%～80%;爐內噴入脫硫劑，脫除效率可達40%～90%。

3.4 除塵器前噴氨技術

在空預器和除塵器之間噴入氨氣，利用SO3與氨氣反應生成硫酸氫銨或硫酸銨，附著在飛灰上，通過靜電除塵器進行脫除，同時該技術改造難度較低，對于完成SCR脫硝系統改造的電廠，可利用SCR裝置中的的氨氣管道進行相應的改造，完成SO3的脫除，其脫除效率可達90%。

3.5 濕式靜電除塵技術

濕式靜電除塵技術屬于物理脫除，主要過程為電極發射離子;霧滴獲得離子而帶電;荷電霧滴向電極移動和將電極的霧滴清除這4個過程[3]，SO3脫除效率可達95%，其設備通常布置在煙道的尾部，但其價格昂貴，占地面積大，也會相應帶來廢水處理的問題

4 ?結語

（1）SO3主要來自于SO2的氧化，主要在煤燃燒過程、省煤器和SCR脫硝系統中生成。三者的共性在于為SO2氧化生成SO3提供了合適的反應溫度和催化劑。

（2）SO3的存在不僅會造成下游煙道的腐蝕、空預器堵塞、系統效率的下降，而且會導致周圍空氣能見度的降低和霧霾現象的加劇。

（3）目前主要有以下5種燃煤電廠SO3抑制與脫除技術，低硫煤混合燃燒技術、SCR脫硝系統的參數調整、脫硫劑噴射技術、除塵器前噴氨技術和濕式靜電除塵技術，簡述了相關技術的原理和內容，希望憑借相關技術的相互配合，達到燃煤電廠SO3抑制和脫除的目的。

（4）隨著國家和公眾對燃煤電廠污染物排放的不斷重視和燃煤電廠超低排放改造的初步完成，SO3作為危害性極大的燃煤污染物勢必會成為環保政策法規后續重點限排的污染物之一，相應的減排工作也將納入技術研發和政策規范中來。

參考文獻

[1] 陳焱，許月陽，薛建明.燃煤煙氣中SO3成因、影響及其減排對策[J].電力科技與環保，2011，27（3）：35-37.

[2] 劉含笑，姚宇平，酈建國，等.燃煤電廠煙氣中SO3生成、治理及測試技術研究[J].中國電力，2015，48（9）：152-156.

[3] 閆君.濕式靜電除霧器脫除煙氣中酸霧的試驗研究[D].山東大學，2010.