SO3是危害性极大的燃煤污染物，研究了燃煤发电厂烟气中SO3的生成和转换规则，分析了燃烧前、中、后的SO3管理技术，在此基础上，提出了以低温电除尘技术为中心的SO3控制技术路线，通过分析国内外SO3的相关测试标准和技术，对该技术路线中SO3的测试方法进行了初步探讨，取得了一定的阶段性成果，旨在参考相关技术

研究、政策制定。

中国以煤为中心的能源供应结构在未来相当长的时间内不会发生根本性的变化，但由于环境容量有限，大气污染状况越来越严重，阴天、酸雨等灾害性天气频繁发生，PM2.5、SO3等污染物的减量控制迫在眉睫。SO3的危害比SO2大10倍，是发电厂蓝烟/黄烟的原因，也是酸雨形成的主要原因。

SO3形成亚微米级H2SO4酸雾，通过烟囱排入大气，形成二次粒子硫酸盐，也是大气中PM2.5的重要来源之一。另外，SO3还可能引起设备腐蚀，或与NH3反应生成(NH4)2SO4和NH4HSO4，引起SCR催化剂失活。燃煤电厂SO3排放一般为20mg/m3左右，按《火电厂大气污染物排放标准》

(GB13223—2011)要求，SO2排放限值为50mg/m3(重点地区)、100mg/m3(非重点地区新建锅炉)或200mg/m3(非重点地区现有锅炉)，此时SO3排放贡献较小，无需额外减排措施。

目前，江苏、浙江、山西、广州等地已出台相关政策，要求燃煤发电厂参考燃气轮机组污染物排放标准限值，实现超低排放，即在标准氧含量6%的条件下，SO2排放浓度不高于35mg/m3。国家发展改革委员会、环境保护部和国家能源局三部委于2014年9月发布《煤电节能减排升级和改造行动计划(2014-

2021年)》，要求东部地区新建燃煤单元的排放基本达到燃气轮单元的污染物排放限制，对中部和西部地区也提出了要求。

对于这样的超低排放工程，SO2排放限制值仅为35mg/m3，此时SO3排放贡献较大，需要评价SO3排放浓度。本文分别从燃煤发电厂烟草中SO3生成、管理和测试技术三个角度进行探讨，旨在参考相关技术研究、政策制定。

1、SO3生成

SO3主要来源于煤炭中的硫分，其生成非常复杂，与锅炉的燃烧方式、燃料成分、运行参数、脱硝催化剂种类和设施运行情况等密切相关。

1.1、SO3在锅炉炉膛的生成与转化

燃煤中硫主要有无机硫、有机硫和元素硫三种存在形式。无机硫主要有硫化亚铁(FeS)和硫酸盐(CaSO4、MgSO4、FeSO4等)两种形式。其中，在燃烧煤炭的过程中，硫化亚铁可以发生氧化反应，释放SO2气体，但硫酸盐一般不能再氧化的有机硫是指与c、h、O等要素相结合形成的CxHySz有机物，

有机硫分为脂肪硫和芳香硫，其中芳香硫比脂肪硫更具有热稳定性。

在硫的三种存在形式中，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分，硫化亚铁会在半焦中燃烧[1]。

煤炭在炉膛燃烧过程中，大部分有机硫和元素硫也被释放，松散结合的有机硫在低温条件下(700K)被分析，紧密结合的有机硫在高温条件下(>；800K)被分析，当这部分进入挥发分的有机硫和元素硫遇到氧时，都被认为是SO2，焦炭中残留的硫化亚铁被氧化，SO2[2]被释放。

研究表明，在煤粉炉中，燃烧过程中几乎所有的可燃硫都被氧化成气态SO2，其中0.5%~2.0%的SO2被氧化成SO3[3]。一般燃煤在燃烧条件下SO3转化率为0.5%~2.5%，对于硫分较低的煤种，也有文献表明转化率较高[4]。也有研究机构在上海、四川等地电站进行测试，认为SO2/SO3转换

率在1.8%~2.0%之间。此外，根据日本日立的调查，SO2/SO3的转化率在日本投入的燃煤发电厂锅炉中小于1%[5]。

1.2、SO3在省煤器内的生成与转化

燃煤烟经过省煤器对流换热面时，烟气中的飞灰或受热面积灰中的氧化硅、氧化铁、氧化钠、氧化铝等对SO2有一定的催化作用，锅炉省煤器在420~600℃的温度范围内，部分SO2在上述氧化物的催化作用下进一步被氧化成SO3。

1.3、SO3在SCR中的生成和转化

SCR中的催化剂主要是钒-钛系催化剂，这种催化剂在保证NOx去除效率的同时，将一部分SO2催化成SO3，提高烟中的SO3浓度。脱硝系统中SO2转化为SO3的转化率为0.5%~1.5%，该转化率与脱硝催化剂的种类和运行情况有关，一般来说，随着催化剂中V2O5含量越高，烟气温度越高，转化率越高[6]。

2、SO3管理

2.1燃烧前SO3控制

一般来说，煤中硫分越高，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，在难以全部更换低硫煤时，可以考虑混合一部分低硫煤来降低SO3的生成。

此外，煤粉粒度对SO3的生成量也有一定的影响，相关研究表明，当细煤粉粒和超细煤粉粒燃烧时，随着粒径的减少，其燃烧率显着提高，由于O2的加速消耗，燃烧煤粉粒周围的O2分压力变快，此时产生大量CO气体，燃烧煤粉粒周围的恢复性气氛变强，最初由有机硫析出的H2S

等气体进一步氧化为SO2因此，细分或超细化煤粉燃烧可有效降低SO3生成。

2.2燃烧中SO3控制

燃烧中喷入碱性物质可有效减少SO3排放，如氢氧化钙、氢氧化镁等。炉内喷钙可以去除一部分SO2和高达90%的SO3，同时防止SCR砷中毒的炉内喷入氢氧化镁和SO3反应生成硫酸镁，美国Gavin发电厂炉膛喷镁脱硫效果显着，Mg/SO3摩尔比为7时，SO3脱离率达到90%[7]。

2.3燃烧后SO3控制

炉后或节煤器后喷入碱性物质也能有效减少SO3排出，如喷入氢氧化钙、氧化钙、氧化镁等粉末或浆液，达到40%~90%的SO3排出率，喷入碱的位置、数量、种类、喷入方式不同，脱硫效果也不同[8]。

脱硝催化剂对SO2有一定的催化作用，比如V2O5可以进一步促进SO2转向SO3，为了减少NH4HSO4的生成和空预器的堵塞，催化剂厂家一般会根据设计含硫量制定不同含量配方的催化剂，适当降低V2O5的含量，增加催化剂WO3，保持较高的脱硝效率，同时在一定程度上降低SO3的生成，降低SO2/SO3的转化率。

此外，吸尘器前喷入氨调质剂也能有效地去除烟气中的SO3，去除效率达到90%[9]。

2.4、SO3控制技术路线

本文提出了SO3控制技术路线，除了可以采用上述燃烧前、燃烧中、燃烧后SO3控制技术外，还可以在电动吸尘器前配置烟气冷却器(FGC)，将烟气温度降低到酸露点以下，将烟气中的SO3凝结成硫酸雾，大部分吸附在粉尘表面，如图1所示，SO3与粉尘一起高效脱落，其脱落率一般为

80%，最高可达95%[10-12]。

图1:SO3控制技术路线

传统的湿法脱硫对SO3的脱硫效率不高，主要是烟气在吸收塔内迅速冷却，冷却速度比SO3被石膏浆吸收的速度快，因此很多SO3没有时间吸收，反而很快就生成了难以吸收的亚微米硫酸雾气溶胶粒子

本文SO3控制技术路线采用的湿法脱硫装置(WFGD)通过喷淋层和除雾器设计的优化，可以提高湿法脱硫的协同除尘和除尘SO3的效果[13-14]。

湿式电动扫地机（WESP可选择安装）是排在烟气控制工艺路线最后的设备，属于多污染物脱除的精处理设备，可高效脱除吸附在煤灰表面或以气溶胶形式存在的SO3。即使不使用低温电除尘技术，也可以保证低SO3排放，如浙江舟山电厂湿式电除尘器出口SO3体积分为0.6×10-6，其排放率达到

71.96%[15]。

3、SO3检查

3.1国内、外SO3检查标准

目前，国内SO3检查标准为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。这些标准的制作时间很长，现在参照标准DL/T998-2006附录a:烟草中SO3测试的相关规定进行测试。

美国、日本、ISO等发表了SO3的检查标准和方法:EPA-8、ANSI/ASTMD4856-2001、JISK0103、ISO787-132002、表2所示[24-28]，其中ISO787-132002只规定了硫酸根的检查。

3.2采样方法

SO3化学性质活跃，与SO2相比烟气含量较低，采样过程中如何有效收集和避免SO2干扰是采样的关键。

基于等速取样，利用取样枪从烟道中抽取烟气，对取样枪进行保温加热，防止SO3在管壁凝结，然后连接过滤器过滤烟气中的粉尘，然后连接SO3收集装置，然后是干燥装置、泵、流量计。

其中SO3收集方法有凝结法和吸收法2种:

(1)SO3凝结法收集装置一般为恒温蛇形管或螺旋管形式，可通过恒温水浴控制凝结装置温度，温度不得低于60℃，主要防止SO2凝结。DL/T998-2006、ANSI/ASTMD4856-2001、JISK0103-2005是这种方法，但日本JIS标准没有提出温度要求。

表1中国现行SO3测试相关标准

表2国外固定源SO3测试标准

(2)吸收法是指在冰浴中使用80%异丙醇作为吸收剂，直接吸收烟气中的SO3，异丙醇有效吸收SO3，防止SO2氧化，然后接收3%H2O2洗气瓶吸收烟气中的SO2。EPA-8是这种方法。

3.3硫酸根测定方法

凝聚法搜集SO3后，用洗液清洗，测定水溶液中低浓度SO42-，根据抽样体积折算烟中SO3浓度。水溶液中低浓度SO42-测定方法主要有重量法、铬酸钡光度法、离子色谱法、浊度法、容量滴定法等。其中重量法是ISO787-132002的使用方法，但该方法操作繁琐，过程冗长，操作困难，

铬酸钡光度法也存在类似缺点，离子色谱法检测比较方便，准确性高，但设备投资费用高，普及困难，浊度法和容量滴定法比较普遍[28]。异丙醇溶液中的SO42-可以用试剂滴定[29-30]。

3.4、SO3控制技术路线中SO3测试方法探讨

如图1所示，在电动吸尘器前配置烟气冷却器(FGC)，将烟气温度降低到酸露点以下时，烟气中SO3凝结成硫酸雾，大部分吸附在粉尘表面，因此在烟气冷却器前配置测量点，直接取样为气态SO3，在烟气冷却器后配置测量点时，直接取样为硫酸雾。气态SO3浓度的测定按标准《燃煤烟气脱硫

设备性能测试方法》(GB/T21508-2008)或《石灰石-石膏湿式烟气脱硫装置性能测试规范》(DL/T998-2006)执行。在有粉尘的条件下，粉尘吸附了一定量的SO3，此时如何测定低浓度的硫酸雾，目前没有标准的测定方法。

4结语

SO3的危害性非常大，随着业内超低排放声音的加剧，SO3的减排也受到重视，建议尽快纳入技术开发和政策规范。本文分别分析了燃煤发电厂烟草中SO3的生成、管理和测试技术，进一步分析了SO3减排技术研究建议，从

(1)研究燃烧前煤的清洗、选择和混煤混合技术(2)分析锅炉SO3的形成机理和形态分布，研究炉内喷射钙基、镁基等碱性吸收剂对SO3浓度的影响(3)降低SCR催化剂对SO2氧化率(4)研究开发以低温除尘技术为核心的烟雾协同控制系统，使SO3在烟雾冷却器中凝并吸附到粉尘表面，从而降低了SCR催化剂对SO2氧化率的效率(4)的研究开发