SO3是危害性極大的燃煤污染物，研究了燃煤發電廠煙氣中SO3的生成和轉換規則，分析了燃燒前、中、后的SO3管理技術，在此基礎上，提出了以低溫電除塵技術為中心的SO3控制技術路線，通過分析國內外SO3的相關測試標準和技術，對該技術路線中SO3的測試方法進行了初步探討，取得了一定的階段性成果，旨在參考相關技術

研究、政策制定。

中國以煤為中心的能源供應結構在未來相當長的時間內不會發生根本性的變化，但由于環境容量有限，大氣污染狀況越來越嚴重，陰天、酸雨等災害性天氣頻繁發生，PM2.5、SO3等污染物的減量控制迫在眉睫。SO3的危害比SO2大10倍，是發電廠藍煙/黃煙的原因，也是酸雨形成的主要原因。

SO3形成亞微米級H2SO4酸霧，通過煙囪排入大氣，形成二次粒子硫酸鹽，也是大氣中PM2.5的重要來源之一。另外，SO3還可能引起設備腐蝕，或與NH3反應生成(NH4)2SO4和NH4HSO4，引起SCR催化劑失活。燃煤電廠SO3排放一般為20mg/m3左右，按《火電廠大氣污染物排放標準》

(GB13223—2011)要求，SO2排放限值為50mg/m3(重點地區)、100mg/m3(非重點地區新建鍋爐)或200mg/m3(非重點地區現有鍋爐)，此時SO3排放貢獻較小，無需額外減排措施。

目前，江蘇、浙江、山西、廣州等地已出臺相關政策，要求燃煤發電廠參考燃氣輪機組污染物排放標準限值，實現超低排放，即在標準氧含量6%的條件下，SO2排放濃度不高于35mg/m3。國家發展改革委員會、環境保護部和國家能源局三部委于2014年9月發布《煤電節能減排升級和改造行動計劃(2014-

2021年)》，要求東部地區新建燃煤單元的排放基本達到燃氣輪單元的污染物排放限制，對中部和西部地區也提出了要求。

對于這樣的超低排放工程，SO2排放限制值僅為35mg/m3，此時SO3排放貢獻較大，需要評價SO3排放濃度。本文分別從燃煤發電廠煙草中SO3生成、管理和測試技術三個角度進行探討，旨在參考相關技術研究、政策制定。

1、SO3生成

SO3主要來源于煤炭中的硫分，其生成非常復雜，與鍋爐的燃燒方式、燃料成分、運行參數、脫硝催化劑種類和設施運行情況等密切相關。

1.1、SO3在鍋爐爐膛的生成與轉化

燃煤中硫主要有無機硫、有機硫和元素硫三種存在形式。無機硫主要有硫化亞鐵(FeS)和硫酸鹽(CaSO4、MgSO4、FeSO4等)兩種形式。其中，在燃燒煤炭的過程中，硫化亞鐵可以發生氧化反應，釋放SO2氣體，但硫酸鹽一般不能再氧化的有機硫是指與c、h、O等要素相結合形成的CxHySz有機物，

有機硫分為脂肪硫和芳香硫，其中芳香硫比脂肪硫更具有熱穩定性。

在硫的三種存在形式中，有機硫、元素硫和無機硫中的硫化亞鐵統稱為可燃硫，一般認為有機硫和元素硫會進入揮發分，硫化亞鐵會在半焦中燃燒[1]。

煤炭在爐膛燃燒過程中，大部分有機硫和元素硫也被釋放，松散結合的有機硫在低溫條件下(700K)被分析，緊密結合的有機硫在高溫條件下(>；800K)被分析，當這部分進入揮發分的有機硫和元素硫遇到氧時，都被認為是SO2，焦炭中殘留的硫化亞鐵被氧化，SO2[2]被釋放。

研究表明，在煤粉爐中，燃燒過程中幾乎所有的可燃硫都被氧化成氣態SO2，其中0.5%~2.0%的SO2被氧化成SO3[3]。一般燃煤在燃燒條件下SO3轉化率為0.5%~2.5%，對于硫分較低的煤種，也有文獻表明轉化率較高[4]。也有研究機構在上海、四川等地電站進行測試，認為SO2/SO3轉換

率在1.8%~2.0%之間。此外，根據日本日立的調查，SO2/SO3的轉化率在日本投入的燃煤發電廠鍋爐中小于1%[5]。

1.2、SO3在省煤器內的生成與轉化

燃煤煙經過省煤器對流換熱面時，煙氣中的飛灰或受熱面積灰中的氧化硅、氧化鐵、氧化鈉、氧化鋁等對SO2有一定的催化作用，鍋爐省煤器在420~600℃的溫度范圍內，部分SO2在上述氧化物的催化作用下進一步被氧化成SO3。

1.3、SO3在SCR中的生成和轉化

SCR中的催化劑主要是釩-鈦系催化劑，這種催化劑在保證NOx去除效率的同時，將一部分SO2催化成SO3，提高煙中的SO3濃度。脫硝系統中SO2轉化為SO3的轉化率為0.5%~1.5%，該轉化率與脫硝催化劑的種類和運行情況有關，一般來說，隨著催化劑中V2O5含量越高，煙氣溫度越高，轉化率越高[6]。

2、SO3管理

2.1燃燒前SO3控制

一般來說，煤中硫分越高，生成的SO2越多，氧化生成的SO3也越多。因此，燃燒低硫煤是降低煙氣中SO3濃度的有效方法，在難以全部更換低硫煤時，可以考慮混合一部分低硫煤來降低SO3的生成。

此外，煤粉粒度對SO3的生成量也有一定的影響，相關研究表明，當細煤粉粒和超細煤粉粒燃燒時，隨著粒徑的減少，其燃燒率顯著提高，由于O2的加速消耗，燃燒煤粉粒周圍的O2分壓力變快，此時產生大量CO氣體，燃燒煤粉粒周圍的恢復性氣氛變強，最初由有機硫析出的H2S

等氣體進一步氧化為SO2因此，細分或超細化煤粉燃燒可有效降低SO3生成。

2.2燃燒中SO3控制

燃燒中噴入堿性物質可有效減少SO3排放，如氫氧化鈣、氫氧化鎂等。爐內噴鈣可以去除一部分SO2和高達90%的SO3，同時防止SCR砷中毒的爐內噴入氫氧化鎂和SO3反應生成硫酸鎂，美國Gavin發電廠爐膛噴鎂脫硫效果顯著，Mg/SO3摩爾比為7時，SO3脫離率達到90%[7]。

2.3燃燒后SO3控制

爐后或節煤器后噴入堿性物質也能有效減少SO3排出，如噴入氫氧化鈣、氧化鈣、氧化鎂等粉末或漿液，達到40%~90%的SO3排出率，噴入堿的位置、數量、種類、噴入方式不同，脫硫效果也不同[8]。

脫硝催化劑對SO2有一定的催化作用，比如V2O5可以進一步促進SO2轉向SO3，為了減少NH4HSO4的生成和空預器的堵塞，催化劑廠家一般會根據設計含硫量制定不同含量配方的催化劑，適當降低V2O5的含量，增加催化劑WO3，保持較高的脫硝效率，同時在一定程度上降低SO3的生成，降低SO2/SO3的轉化率。

此外，吸塵器前噴入氨調質劑也能有效地去除煙氣中的SO3，去除效率達到90%[9]。

2.4、SO3控制技術路線

本文提出了SO3控制技術路線，除了可以采用上述燃燒前、燃燒中、燃燒后SO3控制技術外，還可以在電動吸塵器前配置煙氣冷卻器(FGC)，將煙氣溫度降低到酸露點以下，將煙氣中的SO3凝結成硫酸霧，大部分吸附在粉塵表面，如圖1所示，SO3與粉塵一起高效脫落，其脫落率一般為

80%，最高可達95%[10-12]。

圖1:SO3控制技術路線

傳統的濕法脫硫對SO3的脫硫效率不高，主要是煙氣在吸收塔內迅速冷卻，冷卻速度比SO3被石膏漿吸收的速度快，因此很多SO3沒有時間吸收，反而很快就生成了難以吸收的亞微米硫酸霧氣溶膠粒子

本文SO3控制技術路線采用的濕法脫硫裝置(WFGD)通過噴淋層和除霧器設計的優化，可以提高濕法脫硫的協同除塵和除塵SO3的效果[13-14]。

濕式電動掃地機（WESP可選擇安裝）是排在煙氣控制工藝路線最后的設備，屬于多污染物脫除的精處理設備，可高效脫除吸附在煤灰表面或以氣溶膠形式存在的SO3。即使不使用低溫電除塵技術，也可以保證低SO3排放，如浙江舟山電廠濕式電除塵器出口SO3體積分為0.6×10-6，其排放率達到

71.96%[15]。

3、SO3檢查

3.1國內、外SO3檢查標準

目前，國內SO3檢查標準為GB4920-85、GB/T6911-2007、GB/T16157-1996、DL/T98-2006、GB/T21508-2008、HJ544-2009、如表1所示[16-23]，其中GB4920-85、GB/T13580.5-2006、GB/T215808-2、HJ544444-20095。這些標準的制作時間很長，現在參照標準DL/T998-2006附錄a:煙草中SO3測試的相關規定進行測試。

美國、日本、ISO等發表了SO3的檢查標準和方法:EPA-8、ANSI/ASTMD4856-2001、JISK0103、ISO787-132002、表2所示[24-28]，其中ISO787-132002只規定了硫酸根的檢查。

3.2采樣方法

SO3化學性質活躍，與SO2相比煙氣含量較低，采樣過程中如何有效收集和避免SO2干擾是采樣的關鍵。

基于等速取樣，利用取樣槍從煙道中抽取煙氣，對取樣槍進行保溫加熱，防止SO3在管壁凝結，然后連接過濾器過濾煙氣中的粉塵，然后連接SO3收集裝置，然后是干燥裝置、泵、流量計。

其中SO3收集方法有凝結法和吸收法2種:

(1)SO3凝結法收集裝置一般為恒溫蛇形管或螺旋管形式，可通過恒溫水浴控制凝結裝置溫度，溫度不得低于60℃，主要防止SO2凝結。DL/T998-2006、ANSI/ASTMD4856-2001、JISK0103-2005是這種方法，但日本JIS標準沒有提出溫度要求。

表1中國現行SO3測試相關標準

表2國外固定源SO3測試標準

(2)吸收法是指在冰浴中使用80%異丙醇作為吸收劑，直接吸收煙氣中的SO3，異丙醇有效吸收SO3，防止SO2氧化，然后接收3%H2O2洗氣瓶吸收煙氣中的SO2。EPA-8是這種方法。

3.3硫酸根測定方法

凝聚法搜集SO3后，用洗液清洗，測定水溶液中低濃度SO42-，根據抽樣體積折算煙中SO3濃度。水溶液中低濃度SO42-測定方法主要有重量法、鉻酸鋇光度法、離子色譜法、濁度法、容量滴定法等。其中重量法是ISO787-132002的使用方法，但該方法操作繁瑣，過程冗長，操作困難，

鉻酸鋇光度法也存在類似缺點，離子色譜法檢測比較方便，準確性高，但設備投資費用高，普及困難，濁度法和容量滴定法比較普遍[28]。異丙醇溶液中的SO42-可以用試劑滴定[29-30]。

3.4、SO3控制技術路線中SO3測試方法探討

如圖1所示，在電動吸塵器前配置煙氣冷卻器(FGC)，將煙氣溫度降低到酸露點以下時，煙氣中SO3凝結成硫酸霧，大部分吸附在粉塵表面，因此在煙氣冷卻器前配置測量點，直接取樣為氣態SO3，在煙氣冷卻器后配置測量點時，直接取樣為硫酸霧。氣態SO3濃度的測定按標準《燃煤煙氣脫硫

設備性能測試方法》(GB/T21508-2008)或《石灰石-石膏濕式煙氣脫硫裝置性能測試規范》(DL/T998-2006)執行。在有粉塵的條件下，粉塵吸附了一定量的SO3，此時如何測定低濃度的硫酸霧，目前沒有標準的測定方法。

4結語

SO3的危害性非常大，隨著業內超低排放聲音的加劇，SO3的減排也受到重視，建議盡快納入技術開發和政策規范。本文分別分析了燃煤發電廠煙草中SO3的生成、管理和測試技術，進一步分析了SO3減排技術研究建議，從

(1)研究燃燒前煤的清洗、選擇和混煤混合技術(2)分析鍋爐SO3的形成機理和形態分布，研究爐內噴射鈣基、鎂基等堿性吸收劑對SO3濃度的影響(3)降低SCR催化劑對SO2氧化率(4)研究開發以低溫除塵技術為核心的煙霧協同控制系統，使SO3在煙霧冷卻器中凝并吸附到粉塵表面，從而降低了SCR催化劑對SO2氧化率的效率(4)的研究開發