SO3烟气调理：南非煤灰注入率异常解析

基于Eskom TSI与Frans Bosch的实地研究，揭示低硫煤电厂SO3注入率偏低的成因与判别方法

关键词
SO3,烟气调理,电除尘器,飞灰电阻率,排放达标,节能降耗

在我国工业锅炉、钢厂与水泥窑等燃煤或固废燃烧场景，烟气调理（Flue Gas Conditioning, FGC）与电除尘器（ESP）性能直接影响排放达标与运行成本。SO3注入作为常用的烟气调理手段，可通过形成硫酸层降低飞灰表面电阻率，从而提升ESP收尘效率。南非Eskom下属Technology Services International（TSI）顾问Frans Bosch对多座电厂开展的实测发现，部分低硫煤电厂的最佳SO3注入率远低于模型或行业经验预测，这为我国类似燃料、设备工况的烟气治理提供了重要参考[1]。

通过对Arnot、Duvha、Kendal、Lethabo等电站的煤与飞灰进行化学、矿物学（XRF、XRD）和碱度/酸中和试验（以0.02N H2SO4滴定至pH7）等一系列分析，研究指出：Duvha与Kendal两站实际SO3最佳注入率仅为Wahlco模型预测值的约0.3–0.4倍（例如Kendal预测27.5 ppmv、实测7.5 ppmv；Duvha预测33 ppmv、实测13 ppmv）[1][2]。关键机制在于部分飞灰中的钙以非反应性的形式（如无定形玻璃相或被矿物锁定）存在，无法与SO3形成的H2SO4反应生成CaSO4（Anhydrite）。因此，少量的SO3即可在飞灰表面形成导电酸膜，实现调理效果；但相应地，飞灰对额外SO3的“缓冲”能力丧失，稍有过量注入便会使电阻率降至不利区间，导致ESP性能快速下降并可能引发滤袋腐蚀等二次问题[1][3]。

基于上述发现，本文整理出一套可在工程上实施的判别流程：采集代表性飞灰样品→XRD检测是否存在CaSO4（Anhydrite）并判断Lime（CaO）是否以结晶相存在→以1:2.5灰水比制备悬浮液并用0.02N H2SO4滴定到pH7，记录所需体积以评估“反应性钙”含量→代入Wahlco或类似模型预测注入率，若XRD显示无Anhydrite且滴定所需酸量明显低于“常规”样品，则应按经验系数0.3–0.4调整预测注入率并在现场小步调试以确定最优值[1][2]。此外，常温下飞灰表面电阻率的理想范围约为1×10^10至3×10^10 ohm·cm，超过10^11时开始出现反向电离风险，南非多数煤灰可达10^13量级，属于“极端电阻率”范畴，需要特别注意[3]。

对中国工业用户的启示显而易见：浆纸、钢铁、水泥和化工行业在处理低硫燃料或燃烧含高灰分原料时，应在FGC设计前开展矿物相与碱度判定，以避免过度配置SO3制备系统、降低药剂及运行成本，并预防因过注入导致的ESP性能波动或袋式除尘器腐蚀。艾尼科（Enelco）在电除尘器极板/极线布局、电场优化、在线电阻率/电流监测及精确投药控制方面具备成熟案例，可为上述判别流程提供从取样检测到在线控制的整套解决方案。结合Enelco的电场优化和喷嘴分配技术，既能确保SO3在空气预热器出口处获得足够停留时间以发挥作用，也能在低注入量条件下维持收尘稳定性，从而实现排放达标、节能降耗与运维成本下降的综合效益。

结论上，单一的元素分析难以完全预测SO3注入需求；矿物学（XRD）能快速识别钙是否以可反应形式存在，而碱度及酸滴定能定量评估可用钙量，二者合用并结合模型预测，可为FGC方案提供可靠依据。对于判定为“非典型”或“低需量”飞灰，应采用保守且分级的注入与在线监控策略，避免因过注入造成ESP性能下降。未来，中国企业可借鉴Eskom的实证工作并与像艾尼科这样的设备与控制供应商合作，将该判别-模型-控制闭环在钢铁、水泥、造纸及化工行业推广应用，以实现更经济、更可靠的烟气治理[1-4]。

参考文献
[1] Bosch F. J., “Flue Gas Conditioning – SO3 Injection Rates for South African Coal Ashes,” Eskom Technology Services International, 1998. [Report].
[2] Bosch F. J., “Prediction of ESP Performance with SO3 FGC,” Eskom T-R-I Reports (Duvha, Kendal trials), 1997–1998.
[3] White H. J., Industrial Electrostatic Precipitation, Addison-Wesley, 1962.
[4] Enelco Technical Whitepaper, “ESP Field Optimization and SO3 Dosing Control,” Enelco Internal Document, 2024.