SO3研究燃煤电厂中SO3的生成和转化规律分析

北极星环保网讯：SO3是一种非常有害的燃煤污染物。研究了燃煤电厂烟气中SO3的形成与转化规律，分析了燃烧前、燃烧中和燃烧后的SO3处理工艺。在此基础上氢氧化钙与三氧化硫，提出了以低温电除尘技术为核心的SO3控制技术路线，并通过对国内外SO3相关检测标准和技术的分析，初步探讨了该技术路线中SO3检测方法。实施，取得了一定的阶段性成果。为相关技术研究和政策制定提供参考。

关键词：燃煤电厂； SO3 生成； SO3处理； SO3检测

中国以煤炭为主的能源供应格局在很长一段时间内不会发生根本性改变。但由于环境容量有限，空气污染形势日趋严重，雾霾、酸雨等灾害性天气频发，PM

@2.5、SO3等污染物的减排和控制迫在眉睫。 SO3 的危害是 SO2 的 10 倍。它是电厂产生蓝/黄烟的罪魁祸首，也是形成酸雨的主要原因。

SO3形成亚微米H2SO4酸雾，通过烟囱排入大气，形成二次颗粒硫酸盐，也是大气中PM<@2.5的重要来源之一。此外，SO3还可能引起设备腐蚀，或与NH3反应生成(NH4)2SO4和NH4HSO4，造成SCR催化剂失活。燃煤电厂的SO3排放量一般在20mg/m3左右，根据《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011)要求，SO2排放限值为50mg/m3（重点区域）、100mg/m3（非重点区域新建锅炉）或200mg/m3（非重点区域现有锅炉），此时SO3排放贡献较小，不需要额外的减排措施。

目前，江苏省、浙江省、山西省、广州市等地已出台相关政策，要求燃煤电厂参照燃机机组污染物排放标准限值，实现“超低排放”，也就是说，在基准氧含量为 6% 的条件下，SO2 排放浓度不高于 35mg/m3。 2014年9月，国家发展改革委、环保部、国家能源局联合印发《煤电节能减排升级改造行动计划（2014-2020年）》东部地区新建燃煤机组基本达到燃机机组水平。中西部地区也要求污染物排放限值。

对于此类“超低排放”项目，要求SO2排放限值仅为35mg/m3。此时 SO3 排放贡献较大，需要对 SO3 排放浓度进行评估。本文从燃煤电厂烟气中SO3的产生、处理和检测技术三个方面进行探讨，旨在为相关技术研究和政策制定提供参考。

1、SO3 生成

SO3主要来自燃煤燃烧中的硫，其生成非常复杂，与锅炉燃烧方式、燃料成分、运行参数、脱硝催化剂种类、设施运行条件等密切相关。

1.1、锅炉炉膛SO3生成与转化

煤燃烧中的硫主要以无机硫、有机硫和元素硫三种形式存在。无机硫一般主要以硫化亚铁（FeS）和硫酸盐（CaSO4、MgSO4和FeSO4等）形式存在。其中，在燃煤过程中，硫化亚铁会发生氧化反应，放出SO2气体，但硫酸盐一般不能再次氧化；有机硫是指与C、H、O等元素结合形成的CxHySz有机物，有机硫可分为脂肪族硫和芳香族硫，其中芳香族硫比脂肪族硫具有更高的热稳定性。

在硫的三种存在形态中，有机硫、元素硫和无机硫中的硫化亚铁统称为可燃硫，一般认为有机硫和元素硫会进入挥发物，而硫化亚铁则留在在半焦中燃烧 [1]。

煤在炉内燃烧的过程中，也会释放出大部分的有机硫和元素硫。松散结合的有机硫在低温（700K）分解，而紧密结合的有机硫在高温（>800K）释放，这部分进入挥发物的有机硫和元素硫会被认为被氧化成SO2当它们遇到氧气时，残留在焦炭中的硫化亚铁会被氧化释放出SO2[2]。

研究表明，在煤粉炉中，几乎所有可燃硫在燃烧过程中都被氧化成气态SO2，其中0.5%～<@2.0% SO2会进一步被氧化成SO2。 SO3[3]。也有文献表明，一般燃煤的SO3转化率为0.5%～<@2.5%，而硫含量较低的煤，其转化率较高[4]。也有研究单位在上海、四川等地的电厂测试，发现SO2/SO3转化率在1.8%~<@2.0%之间。此外，据日本日立公司调查，日本投入运行的燃煤电厂锅炉中SO2/SO3的转化率低于1%[5]。

1.2、省煤器中SO3的产生与转化

燃煤烟气通过省煤器对流换热面时，烟气中的飞灰或氧化硅、氧化铁、氧化钠、氧化铝等在420℃温度范围内~600℃锅炉省煤器内，部分SO2在上述氧化物的催化作用下进一步氧化成SO3。

1.3、SCR中SO3的生成与转化

SCR中的催化剂主要是钒钛催化剂。催化剂在保证NOx脱除效率的同时，也不可避免的将部分SO2催化成SO3，使烟气中SO3的浓度增加。脱硝系统中SO2向SO3的转化率为0.5%~1.5%，转化率与脱硝催化剂的种类和运行条件有关。一般来说，催化剂中V2O5含量越高，烟气温度越高，转化率越高[6]。

2、SO3 治理

<@2.1 SO3 燃烧前控制

一般情况下，煤中硫含量越高，生成的SO2越多，氧化生成的SO3也越多。因此，燃烧低硫煤是降低烟气中 SO3 浓度的有效方法。当低硫煤难以全部替代时，可考虑燃烧部分低硫煤以减少SO3的产生。

此外，煤粉的粒度对SO3的产生量也有​​一定的影响。相关研究表明，细煤颗粒和超细煤粉颗粒在燃烧时，随着颗粒尺寸的减小，燃烧速率显着增加。此时会产生大量CO气体，强化了燃烧煤粉颗粒周围的还原气氛，减弱了有机硫初步析出的H2S等气体的进一步氧化作用。因此，更多的气体如 H2S 可以进一步与煤中的矿物质发生反应，形成 CaS 等固体硫产物 [2]。因此，精制或超细煤粉燃烧可有效减少SO3的产生。

<@2.燃烧中的2 SO3控制

燃烧时喷入碱性物质可有效减少SO3排放，如氢氧化钙、氢氧化镁等。炉内喷钙可去除部分SO2和SO3高达90%，同时防止砷中毒可控硅；将氢氧化镁注入炉内与SO3反应生成硫酸镁。美国加文电厂的高炉脱硫效果显着。 SO3摩尔比为7时，SO3去除率高达90%[7]。

<@2.3 SO3 燃烧后控制

在炉后或省煤器后注入碱性物质也能有效减少SO3排放。例如，喷涂氢氧化钙、氧化钙、氧化镁等粉末或浆液可达到40%~90% SO3的去除率，喷碱的位置、数量、类型或喷涂方式不同氢氧化钙与三氧化硫，脱硫效果也不同。也不同[8]。

脱硝催化剂对SO2有一定的催化作用。例如，V2O5 可以进一步促进 SO2 向 SO3 的转化。为了减少NH4HSO4的产生和空气预热器的堵塞，催化剂生产厂家一般会根据设计的硫含量制定不同含量配方的催化剂。 , 适当降低 V2O5 的含量和增加助催化剂 WO3 可以在一定程度上减少 SO3 的生成和 SO2/SO3 的转化, 同时保持较高的脱硝效率。此外，在除尘器前喷洒氨调节剂也能有效去除烟气中的SO3，去除效率可达90%[9]。