燃煤電廠SO₃抑制與脫除技術(shù)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(jī)理，分析了不同位置處SO3的生成特點(diǎn)，總結(jié)了SO3排放所造成的相關(guān)危害;在此基礎(chǔ)上，對(duì)幾種常見(jiàn)的SO3抑制與脫除技術(shù)進(jìn)行了探討，包括低硫煤混合燃燒技術(shù)、SCR脫硝系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整、脫硫劑噴射技術(shù)、除塵器前噴氨技術(shù)和濕式靜電除塵技術(shù)，對(duì)燃煤電廠降低煙氣中SO3排放具有積極的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠 ?SO3 ?生成機(jī)理 ?危害 ?抑制 ?脫除

中圖分類(lèi)號(hào)：X701 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（a）-0150-02

SO3作為燃煤污染物之一，會(huì)對(duì)空預(yù)器、煙道和煙囪造成堵塞與腐蝕，影響電廠的正常運(yùn)行和造成嚴(yán)重的空氣污染。此外，SO3毒性強(qiáng)，對(duì)人體皮膚、粘膜等組織有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，對(duì)公眾健康造成嚴(yán)重威脅。

然而目前我國(guó)并沒(méi)有對(duì)燃煤電廠中SO3排放限值做出規(guī)定，但隨著國(guó)家和公眾對(duì)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(shì)必會(huì)成為環(huán)保政策法規(guī)后續(xù)重點(diǎn)限排的污染物之一。該文針對(duì)燃煤電廠SO3的生成機(jī)理進(jìn)行了闡述，同時(shí)介紹了SO3的相關(guān)危害，并對(duì)幾種常見(jiàn)的SO3抑制與脫除技術(shù)進(jìn)行探討。

1 ?燃煤電廠SO3的生成機(jī)理

SO3主要來(lái)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(yùn)行工況、脫硝催化劑的種類(lèi)與布置等相關(guān)因素有著密切的聯(lián)系。

1.1 SO3在煤燃燒過(guò)程中的生成

煤中硫主要有無(wú)機(jī)硫、有機(jī)硫和元素硫這3種形態(tài)存在，其含量在0.5%～3.0%之間。煤中無(wú)機(jī)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(jī)硫?yàn)榕c有機(jī)質(zhì)結(jié)合的硫，它的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常分為脂肪硫和芳香硫;煤中元素硫以游離狀態(tài)存在，含量較少。

其中硫化亞鐵在溫度大于1300K時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，而硫酸鹽一般不能發(fā)生氧化反應(yīng)。而大部分有機(jī)硫和元素硫的在燃燒過(guò)程中硫被釋放出來(lái)，進(jìn)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(jìn)一步氧化成SO3，而且燃燒溫度越高，氧原子的濃度越高，相應(yīng)生成的SO3也越多。

1.2 SO3在省煤器中的生成

煙氣在經(jīng)過(guò)省煤器時(shí)，煙氣溫度在700～1000K之間，對(duì)流受熱面和飛灰中存在著氧化鐵、氧化鋁等氧化物，此時(shí)，合適的催化溫度和氧化物，將SO2進(jìn)一步氧化生成SO3。在溫度低于700K之后，對(duì)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(tǒng)中的生成

SCR脫硝是目前最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，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(yīng)生成N2和H2O，SCR脫硝系統(tǒng)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(shí)，也無(wú)法避免的將SO2催化生成SO3。此外SO3會(huì)與氨氣反應(yīng)生成硫酸銨和硫酸氫銨導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備的堵塞，給電廠帶來(lái)安全運(yùn)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(xiàn)在如下3個(gè)方面。

（1）當(dāng)SO3濃度和水分較高時(shí)，會(huì)反應(yīng)生成硫酸，腐蝕下游設(shè)備，為避免下游設(shè)備的腐蝕，必須保證空預(yù)器的出口溫度高于酸露點(diǎn)溫度，但過(guò)高的空預(yù)器出口溫度會(huì)降低系統(tǒng)效率。

（2）SO3會(huì)與氨氣反應(yīng)生成硫酸氫銨和硫酸銨，附著在空預(yù)器換熱元件上，難以清除，增加系統(tǒng)的壓降，導(dǎo)致空預(yù)器傳熱效率的下降，嚴(yán)重時(shí)造成空預(yù)器堵塞，甚至鍋爐停運(yùn)。

（3）煙囪排出的SO3會(huì)迅速吸收大氣中的水分，轉(zhuǎn)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(jié)中心，生成大量的硫酸細(xì)顆粒，而這些顆粒的直徑很小，對(duì)較短波長(zhǎng)的光線的散射能力更強(qiáng)，這就造成了煙羽的一側(cè)呈現(xiàn)藍(lán)色，另一側(cè)呈現(xiàn)黃色，也就是藍(lán)煙和黃煙。同時(shí)，這些硫酸細(xì)顆粒也是造成能見(jiàn)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(shù)

3.1 低硫煤混合燃燒技術(shù)

低硫煤混合燃燒技術(shù)是通過(guò)在煤中摻入適當(dāng)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(yīng)原理上來(lái)說(shuō)，這是最直接且簡(jiǎn)單的方式，從根本上減少了了SO3的生成，但我國(guó)低硫煤含量較少，采用低硫煤混合燃燒技術(shù)勢(shì)必會(huì)增加電廠運(yùn)行成本。

3.2 SCR脫硝系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整

目前，在SCR脫硝系統(tǒng)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(zhuǎn)換，但V2O5或V2O5-MoO3會(huì)加速SO2向SO3的轉(zhuǎn)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(tǒng)中的生成。此外，控制SCR脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)溫度，催化劑的結(jié)構(gòu)（如壁厚）也會(huì)影響SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率。

3.3 脫硫劑噴射技術(shù)

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(zhì)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(yīng)，后兩種則是酸與鹽的反應(yīng)，兩種方法的產(chǎn)物均為硫酸鹽。而噴入的位置主要為爐內(nèi)和爐后，爐內(nèi)噴入脫硫劑，脫除效率可達(dá)40%～80%;爐內(nèi)噴入脫硫劑，脫除效率可達(dá)40%～90%。

3.4 除塵器前噴氨技術(shù)

在空預(yù)器和除塵器之間噴入氨氣，利用SO3與氨氣反應(yīng)生成硫酸氫銨或硫酸銨，附著在飛灰上，通過(guò)靜電除塵器進(jìn)行脫除，同時(shí)該技術(shù)改造難度較低，對(duì)于完成SCR脫硝系統(tǒng)改造的電廠，可利用SCR裝置中的的氨氣管道進(jìn)行相應(yīng)的改造，完成SO3的脫除，其脫除效率可達(dá)90%。

3.5 濕式靜電除塵技術(shù)

濕式靜電除塵技術(shù)屬于物理脫除，主要過(guò)程為電極發(fā)射離子;霧滴獲得離子而帶電;荷電霧滴向電極移動(dòng)和將電極的霧滴清除這4個(gè)過(guò)程[3]，SO3脫除效率可達(dá)95%，其設(shè)備通常布置在煙道的尾部，但其價(jià)格昂貴，占地面積大，也會(huì)相應(yīng)帶來(lái)廢水處理的問(wèn)題

4 ?結(jié)語(yǔ)

（1）SO3主要來(lái)自于SO2的氧化，主要在煤燃燒過(guò)程、省煤器和SCR脫硝系統(tǒng)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(yīng)溫度和催化劑。

（2）SO3的存在不僅會(huì)造成下游煙道的腐蝕、空預(yù)器堵塞、系統(tǒng)效率的下降，而且會(huì)導(dǎo)致周?chē)諝饽芤?jiàn)度的降低和霧霾現(xiàn)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(shù)，低硫煤混合燃燒技術(shù)、SCR脫硝系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整、脫硫劑噴射技術(shù)、除塵器前噴氨技術(shù)和濕式靜電除塵技術(shù)，簡(jiǎn)述了相關(guān)技術(shù)的原理和內(nèi)容，希望憑借相關(guān)技術(shù)的相互配合，達(dá)到燃煤電廠SO3抑制和脫除的目的。

（4）隨著國(guó)家和公眾對(duì)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(shì)必會(huì)成為環(huán)保政策法規(guī)后續(xù)重點(diǎn)限排的污染物之一，相應(yīng)的減排工作也將納入技術(shù)研發(fā)和政策規(guī)范中來(lái)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 劉含笑，姚宇平，酈建國(guó)，等.燃煤電廠煙氣中SO3生成、治理及測(cè)試技術(shù)研究[J].中國(guó)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(yàn)研究[D].山東大學(xué)，2010.