SCR改造后SO3与硫酸雾对ESP与烟气治理的影响

基于E.ON Engineering现场测量与形成机理分析（Michael J. Frank、Prof. Dr. Heinz Gutberlet）

关键词
SO3; 硫酸雾; SCR; 空气预热器; 静电除尘器; 电除尘器; 烟气治理

在全球脱硝（DeNOx/SCR）推广的大背景下，SO3及其形成的硫酸雾已成为影响静电除尘器（ESP）与下游烟气治理系统运行的关键问题。本文基于E.ON Engineering GmbH在多座燃煤电厂与美国产业装置的测量与分析，总结了SO3的生成机制、在空气预热器与FGD中的迁移与凝结规律，并就对中国浆纸、钢铁、水泥与化工等重点行业的应用提出工程对策与趋势展望（作者：Michael J. Frank、Prof. Dr. Heinz Gutberlet）。

通过对锅炉、SCR与空气预热器各段的联合取样与分析可以看出，锅炉内燃烧区的气相氧化迅速将硫转化为SO2与少量SO3，典型锅炉相对SO2的SO3生成率约为0.6–1.4%（受过剩空气率与炉内沉积物催化影响）[2]。当装设高尘SCR后，催化剂（尤其含钒催化剂）、单位催化体积气速与温度条件使SO2向SO3的转化率进一步上升，厂家通常保证的附加转化在0.25–1.25%范围；尽管绝对值看似偏低，但相对于入口SO3浓度可造成50%甚至倍增的提升[3]。此外，SCR系统的NH3滑移会与SO3生成铵盐（硫酸铵/亚硫酸铵），对空气预热器堵塞与腐蚀有重要影响[3]。

现场测量表明，旋转式再生空气预热器在径向与流向上存在显著温度分层，冷端金属温度低于热端30K以上，导致气相SO3与水蒸气在冷端冷凝生成H2SO4蒸汽并在板片或颗粒表面凝结，空气预热器被视为重要的“酸陷阱”。不同出烟温度设置下，空气预热器对总SO3的捕集率测试值介于35%至70%之间，且在挡冷侧捕集显著高于热侧；较低的出出口设定会促使气相SO3更多转为可见硫酸雾/气溶胶[5][6]。颗粒在吸附与凝结两类机制中既可作为凝结核也会与碱性灰分发生中和反应，从而影响对ESP电阻率的“调理”效果[5][6]。

ESP与烟气光学不透光率（opacity）之间的关系复杂：硫酸雾会显著增加堆栈可见羽流与不透光读数，但这并不总等同于固相粉尘逃逸。实测表明，在SCR运行时总不透光率通常维持在13–16%范围，而旁路SCR时下降到<5%，说明气溶胶贡献明显；同时，提升空气预热器出口温度能减少气溶胶但提高飞灰电阻率，二者合成效应决定最终不透光率[11]。FGD段的气—气换热或迅速淬冷同样会促使剩余SO3完全凝结，FGD可以截留20–50%的气溶胶，但排向烟囱的气体仍可能携带可观气溶胶负荷[7]。 从工程实践与减缓对策角度，几项要点值得强调：首先，空气预热器出口温度控制与均温化结构改造对减小不均匀酸凝结尤为关键；其次，若采用上游投加碱性物质进行SO3缓释或中和（如碳酸钙喷射），必须在实施前区分气溶胶与固相灰分对不透光率的相对贡献，否则易产生ESP收集效率与运行成本的副作用；再次，在线SO3/硫酸雾检测与分级计量是制定针对性调理策略的前提。针对中国市场，艾尼科（Enelco）在极板、极线优化、电场均匀化与高场稳压等电除尘器技术积累可为改造提供实用路径：通过极板间距、极线直径与高压系统重构，结合局部温度均衡与气流重布置，可在最低改造成本下提升尘埃与气溶胶协同捕集能力，满足浆纸、钢铁、水泥与化工的排放达标要求并降低长期运维费用。 未来趋势上，面对更严格的PM2.5/PM10与可见排放监管，建议采用SCR—空气预热器—ESP—FGD系统的联合一体化设计，配套在线SO3监测、可控碱注与局部加热/均温装置，实现对硫酸雾生成与迁移的精准管理。在中国重点行业推广中，通过前期试验评估SO3平衡、颗粒谱及灰分碱性，将有助于确定最经济的减排组合，从而在保障达标的同时兼顾节能降耗与运维成本优化。 参考文献 [1] Frank W.J. LNB&LOI Effect on ESP’s. PowerGen 1994, Orlando, FL, Dec. 1994. [2] Srivastava, Miller, Erickson, Jambhekar. Emissions of Sulphur Trioxide from Coal-fired Power Plants. PowerGen 2002, Orlando, FL, Dec. 2002. [3] Bondurant III, Counterman, Rhodes. Minimizing the Impact of SCR/SNCR Retrofits on the Ljungström Air Preheater. ALSTOM, 1999. [4] Crommelin, Riley. Air Preheater & Temperature Stratification. The Particulate Collection Workshop, Charlotte, N.C., Aug. 2000. [5] Levy, Sarunac. Sulphuric Acid Emissions from Coal-fired Boilers. Proceedings DOE Conf. on SCR/SNCR for NOx Control, Pittsburgh, PA, Oct. 2003. [6] Nielsen. On the relative Importance of SO2-Oxidation to High Dust SCR DeNOx Units. Haldor Topsoe A/S publication. [7] Gutberlet, Dieckmann, Merz, Schreiber. SO2-Konversionsrate von DeNOx-Katalysatoren. VGB Kraftwerkstechnik 70(1990) Heft 11. [8] Bickelhaupt, Sparks. A Technique for Predicting Fly Ash Resistivity. EPA/Southern Research Institute R&D Report, 1979. [9] Oglesby, Nichols. Electrostatic Precipitation. Pollution Engineering and Technology, Marcel Dekker, 1978. [10] Personal communication with Gutberlet, Dieckmann, Albrecht; E.ON Engineering GmbH; Feb–Mar 2004. [11] Various test reports of E.ON Engineering GmbH; 2001–2004 (unpublished).