大气治理：锅炉烟气中SO3的脱除技术

锅炉排放烟气中的SO3不但会影响机组的安全运行和效率，还会对周围大气环境造成污染。目前，火电厂烟囱出口经常出现冒“蓝烟”现象（对于燃烧高硫煤和安装选择性催化还原脱硝装置SCR的锅炉，这种现象尤为明显），主要是由烟气中SO3产生的酸性气溶胶造成的。气溶胶是由于烟气中的SO3与烟气中的水分反应生成的气溶胶状态的硫酸液滴，能影响大气能见度，是造成雾霾天气的“元凶”之一。

如何抑制SO3的产生和脱除烟气中的SO3，将会成为今后烟气治理中的一个重要课题。目前世界上烟气治理技术中出现了多种新技术，其中采用低低温电除尘器技术和湿式电除尘技术是脱除SO3的比较先进的技术，并经电厂运行实践证明是比较有效的技术。

2.1 低低温电除尘器技术

低低温电除尘技术是将电除尘器入口烟气温度降低至酸露点温度以下，气态SO3转化为液态的硫酸雾黏附在飞灰上并被碱性物质中和，大幅降低飞灰的比电阻，从而大幅度提高除尘效率，同时去除烟气中大部分的SO3。

a.低低温电除尘脱除SO3的原理

在电除尘器进口烟道设置低温省煤器，以降低电除尘器入口烟气温度至酸露点温度以下（一般在90℃左右），这样烟气通过低温省煤器时，随着烟气温度的降低，烟气中大部分的SO3冷凝形成硫酸雾；而此处烟气含尘浓度高，一般为15～25g/m3或更高，粉尘粒径仅有20μm左右，比表面积可达2700~3500cm2/g，因而总表面积很大，SO3容易粘附在飞灰表面并被碱性物质中和，飞灰特性得到很大改善，比电阻大大降低，从而大幅提高除尘效率。同时烟气中的SO3也随飞灰被低低温除尘器脱除。

B.低低温除尘器大幅降低了飞灰的比电阻从而提高了除尘效率

因为飞灰是一种松散颗粒的聚合体,飞灰的电阻率是指单位面积单位厚度的飞灰的电阻, 称作比电阻，它是衡量飞灰导电性能的重要指标。飞灰的导电过程可以看作是电流沿尘粒内部和尘粒表面两条路径经过粉尘层, 也就是飞灰的比电阻是体积比电阻和表面比电阻的并联电阻。

电除尘器烟气温度对飞灰比电阻影响很大，采用低低温电除尘器时，烟气温度较低，在烟气酸露点以下，SO3以液态形式被吸附在飞灰表面，飞灰导电以表面导电为主，此时表面比电阻大为降低，飞灰很容易被电除尘捕捉而除去，从而烟气中的SO3也随之被除去。

c.低低温电除尘的布置形式

目前，燃煤电厂的低低温电除尘系统典型布置方式主要有两种：一种在电除尘器前布置低温省煤器，将热量回收至机组凝结水，这种方式具有节能的效果，是目前国内采用的主要工艺路线。一种在电除尘器前布置MGGH，将烟气温度降低，同时将烟气中回收的热量传送至湿法脱硫系统后的再加热器，提高烟囱烟气温度，该工艺路线在日本应用非常广泛。

d.烟气中SO3的脱除效率

SO3的脱除效率与烟气中的灰硫比有关，所谓灰硫比CD / S是指飞灰浓度(mg/m3)与SO3 浓度(mg/m3)之比：CD / S=

式中：

CD/S ——灰硫比值；

C D ——烟气冷却器入口粉尘浓度，mg/m3；

CSO3 ——烟气冷却器入口SO3浓度，mg/m3；

因为电除尘器入口含尘浓度越高，粉尘总表面积越大，硫酸雾更容易凝结附着在飞灰表面，通常情况下SO3的去除率通常可达90%以上。研究发现当灰硫比大于100时，烟气中SO3去除率最高可达到95%以上，SO3质量浓度将低于3.57mg/m3。

e.低温腐蚀问题

由于烟气温度被降低至90℃左右，低于酸露点，使烟气中的大部分SO3在换热器中冷凝，形成具有腐蚀性的硫酸雾。关于烟气温度低于酸露点温度是否引起低温腐蚀问题，研究结果显示，合适的ESP入口粉尘浓度可以保证SO3凝聚在粉尘表面，不会发生设备腐蚀。

这是由于除尘器进口的烟气中飞灰浓度很高、表面积很大，这为硫酸雾的凝结附着提供了良好的条件，另外灰中的碱性氧化物也会和SO3反应，烟气中的SO3大部分被除去了（灰硫比(D/S)>100时，去除率可达到95%以上），烟气中SO3含量的大幅减少，烟气酸露点温度也大幅降低，这都会减少烟气对管壁的腐蚀。

三菱重工的研究结果显示，当灰硫比大于10时，腐蚀率几乎为零，三菱重工已交付的火电厂的低低温电除尘器灰硫比一般远大于100，都没有低温腐蚀问题。

低低温电除尘器目前多应用于低硫煤。在IHI(石川岛播磨)的业绩中，对应的煤种含硫量最高为1.17%。美国应用的低低温电除尘器中，有电除尘器入口SO3气体浓度为51.5mg/Nm3的报道。日本日立在实验室完成了SO3气体浓度为143mg/Nm3，降温后SO3气体浓度为0.286mg/Nm3的试验。由于燃煤含硫量越高，烟气中的SO3浓度越高，其对应的酸露点温度就越高，发生腐蚀的风险会增加。低低温电除尘器对高硫煤的腐蚀情况还有待进一步研究。

采用低低温电除尘器灰硫比(D/S)推荐值：烟气灰硫比(D/S)宜大于100。

对于高硫、低灰煤种，如灰硫比（D/S）≤50，硫酸雾可能未被完全吸附，则应考虑低温腐蚀的风险，可采取燃用混煤的方式提高灰硫比。

总之，低低温电除尘器一般不存在腐蚀问题，但对高硫煤工况尚未见工程应用。

2.3 湿式电除尘器技术

湿式电除尘器是布置在湿法脱硫系统后、烟囱进口的烟气净化设备，它的工作原理是：金属放电线在直流高电压的作用下，将其周围气体电离，使粉尘或雾滴粒子表面荷电，荷电粒子在电场力的作用下向收尘极运动，并沉积在收尘极上，水流从集尘板顶端流下，在集尘板上形成一层均匀稳定的水膜，将板上的颗粒带走。湿式电除尘器与干式电除尘器的除尘原理相同，都要经历荷电、收集和清灰三个阶段，而不同的是，湿式电除尘器采用液体冲刷集尘极表面来进行清灰。

在湿式电除尘器中，水雾使粉尘凝并，并与粉尘在电场中一起荷电，一起被收集，收集到极板上的水雾形成水膜，水膜使极板清灰，保持极板洁净。同时由于烟气温度降低及含湿量增高，粉尘比电阻大幅度下降，因此湿式电除尘器的工作状态非常稳定。

虽然湿式电除尘器是作为解决湿法脱硫带来的石膏雨问题、为满足火电厂烟气超低排放而增加的设备，它的主要作用是为了进一步除尘，使烟尘排放达10mg/m3甚至5mg/m3以下。但同时，湿式除尘器又能有效收集微细颗粒物(PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物(多环芳烃、二恶英)等，实现超低排放。

湿式电除尘器脱除SO3的原理是：因湿式除尘器采用喷雾冲洗极板上吸附的灰尘，所以在湿式除尘器中烟气温度进一步降低，湿度进一步增大，烟气中残存的SO3进一步凝结成液态酸雾而被湿式除尘器高压电场荷电，被捕捉到极板上而除去。

根据相关研究，一个电场的湿式电除尘器对SO3酸雾的脱除效率能达到70%，两个电场的湿式除尘器能达到80%。初步测算，一套1000MW 机组安装湿式电除尘器后每年可减排SO3 约 310t。

湿式电除尘器在满足超低排放、治理PM2.5方面的效果得到业内专家一致认可，环境保护部在《环境空气细颗粒物污染防治技术政策(试行)》(征求意见稿)中明确指出：鼓励火电企业采用湿式电除尘等新技术，防止脱硫造成的“石膏雨”污染。

采用低低温电除尘器和湿式电除尘技术能够脱除火电厂排放的烟气中的SO3，该技术可作为环保型燃煤电厂的首选工艺，也可与其它成熟技术优化组合，具有显著的经济效益和广阔的市场前景。