盐溶液喷雾协同湿法脱硫：重油锅炉SO₃控制的新路径

基于三菱重工实验及商用机组验证的SO₃气溶胶治理技术解读

关键词
SO3 gas, Salt Solution, Spraying, Waste water, Adsorption, Retention time, 静电除尘器, 湿式电除尘

在重油等高硫燃料重新回到部分市场视野的大背景下，如何在满足超低排放的同时兼顾系统可靠性与运行经济性，正在成为电力与工业锅炉领域的焦点话题。SO₃气溶胶控制，尤其是重油锅炉排烟中硫酸雾（SO₃ mist / H₂SO₄雾滴）的高效去除，是当前烟气治理与静电除尘（ESP）技术升级中的关键环节之一。

上世纪70年代以来，日本在重油锅炉上大量采用“氨喷射+干式电除尘器（NH₃ injection Dry-ESP）”路线，依靠NH₃与SO₃的化学反应，将气态SO₃转化为硫酸铵、亚硫酸铵等固体颗粒并由ESP捕集[1]。该系统在SO₃脱除效率上表现优异，但也暴露出典型“副产物困境”：一方面硫酸铵类副产物黏性极强，极易附着在极板、卸灰斗及后端输灰系统，引发电场结垢、极线放电异常和输灰堵塞；另一方面，固体工业废物量大，后端处置和外运成本高，综合运行经济性并不理想。

为突破这一瓶颈，三菱重工业环境工程公司（Mitsubishi Heavy Industries Environment Engineering Co. Ltd.）的Morio Kagami与Toshihide Noguchi提出了一套不同技术路径：在湿法脱硫（wet-FGD）入口段，将含Na、Mg、K、Ca等盐类的“盐溶液喷雾（Salt Solution Spray，SSS）”与现有FGD系统耦合，通过物理+化学吸附协同去除SO₃，并最终依托FGD循环水体系完成副产物的吸收和分解[2]。这一方案本质上是在传统湿法脱硫与湿式电除尘器（Wet-ESP）之间，插入一个“干式吸附+湿法回收”的SO₃预处理环节，形成Dry-ESP / Wet-FGD / SSS / Wet-ESP的多级一体化烟气净化新组合。

从系统构型看，盐溶液喷雾技术的一个核心特征，是直接复用湿法脱硫系统产生的废水作为喷射介质。FGD废水中通常含有一定浓度的硫酸钠、硫酸镁、硫酸钙以及偏亚硫酸钾等盐分，三菱团队将其统称为“SALT SOLUTION”，通过双流体喷嘴将该溶液雾化喷入湿法脱硫前的烟道。高温烟气环境下，盐溶液雾滴在几米范围内迅速蒸干，形成比表面积极高的固态盐粉，悬浮于烟气中。随后，烟气中的SO₃被这些盐粉以物理吸附和表面化学反应的方式固定在颗粒表面或内部，形成固相反应产物。随着烟气进入FGD塔，这些细微盐粉及其负载的SO₃反应产物被循环浆液吸收、溶解并随系统水路带出，从而实现“干式吸附—湿式分解—液相排出”的闭环治理路径。与NH₃喷射Dry-ESP方案相比，其显著优势是基本不新增固体废物负担，且不会在电除尘器极板和灰斗内形成强黏结层，有利于Dry-ESP长期稳定运行和湿式电除尘器设备体积的缩减。

为了验证盐溶液喷雾技术的可行性和工程边界，研究团队首先在一套处理烟气量约3000 m³N/h的实验装置上进行了系统性测试。实验烟气由LPG燃烧产生，通过专用SO₃发生器向烟气中定量注入SO₃，入口浓度控制在172 ppm范围。试验段上布置了三个不同位置的喷射点A、B、C，对应的烟气停留时间（从喷射点到FGD入口）分别约为1.6 s、0.8 s和0.3 s。通过调节喷射位置与盐溶液配方、浓度，研究SALT SOLUTION对SO₃的脱除效率与停留时间、浓度等工艺参数之间的关系。

在盐溶液配方上，实验分别采用Na₂SO₄、MgSO₄、NaHSO₃及其复配体系，溶液质量分数范围控制在3%–17%。实验结果显示，当在喷射点A（停留时间约1.6 s）喷射以Na₂SO₄+NaHSO₃为主的盐溶液时，随着溶液浓度由5 wt%提升至17 wt%，SO₃脱除效率明显上升，最高可接近甚至超过80%。另一方面，在相同浓度（例如5 wt%）下，不同盐类组合的脱除性能差异并不显著，意味着这一工艺对具体盐种并不敏感，更适合工业现场复杂成分的FGD废水再利用。

从停留时间视角分析，试验进一步给出了盐溶液喷雾系统的工艺“窗口”：在盐溶液浓度为15 wt%条件下，当喷射点与FGD之间的烟气停留时间超过约1.0 s时，SO₃脱除效率普遍能达到80%以上；即便采用较低浓度（约5 wt%）的盐溶液，当停留时间延长至1.5 s及以上时，SO₃脱除效率仍可稳定在70%左右。这一结果表明，只要保证足够的传质与反应时间，盐溶液喷雾技术完全具备工程化应用的基础，并不依赖极高浓度的化学药剂，对既有锅炉烟道空间和FGD布置也具有较高适应性。

基于实验平台的验证，三菱团队进一步在一台重油锅炉的商用装置上进行了工业规模应用测试。该锅炉排烟量约28.8万 m³N/h，烟气温度约185 ℃，SO₃浓度水平与实验室模拟工况保持在相近区间。盐溶液喷雾设备布置在湿法脱硫塔入口段，喷射介质即来源于该FGD系统的废水，盐分以Na₂SO₄为主，浓度维持在5%–6 wt%，烟气在喷射点与FGD之间的停留时间约为1.5 s。配套系统还包括前端Dry-ESP与后端Wet-ESP，形成完整的一体化烟气净化链路。

商用机组的性能测试数据显示，仅盐溶液喷雾段（SSS）对SO₃的平均脱除效率即可达到约82%，若叠加后端湿式电除尘器，整体SO₃去除率超过95%，烟囱排放的SO₃浓度控制在ppm级甚至亚ppm级范围。这一效果对于以重油、残渣油为燃料、含硫量高、SO₃生成量大的锅炉机组而言，具备实质性的排放和腐蚀风险缓解价值。同时，在年度检修中，运维人员未发现SSS副产物在FGD塔内有明显沉积或结垢现象，说明盐粉和所吸附的SO₃反应产物可以被FGD浆液体系顺利分解与带出，没有形成新的固体废渣堆积问题。

更重要的是，从系统整体角度看，引入盐溶液喷雾后，Dry-ESP的捕集对象基本回归至常规飞灰颗粒，避免了高黏性铵盐粉尘对电场和灰斗的干扰；同时，由于SSS段已大幅削减SO₃和细微酸雾负荷，下游湿式电除尘器设备可以在更低入口粉尘浓度下工作，从而具备缩减设备体积、降低投资与运行能耗的空间。在当前以“协同控制SO₃、PM₂.₅和酸雾”为导向的排放标准趋势下，这一工艺路径为烟气治理系统的整体优化提供了一条比“单点极致治理”更具经济性的思路。

如果将这一研究放入更广阔的行业技术演进脉络中，可以看到一个清晰的信号：未来针对SO₃气溶胶问题，单一依赖NH₃喷射或超大型Wet-ESP的方案将逐步被“多元耦合”策略替代。盐溶液喷雾技术利用FGD废水中的无机盐资源，通过雾化—干燥—吸附—湿法分解这一相对温和而连续的路径，将SO₃从气相转移至FGD循环水体系，既避免了高黏性固体废物的产生，又减少了外加药剂成本，在“减污—降本—资源化”之间找到一个相对平衡点。对于规划或改造重油、渣油锅炉烟气治理系统的业主而言，Dry-ESP + Wet-FGD + SSS + Wet-ESP的组合模式，无疑值得在方案比选和技术路线研判中重点关注。

从技术本质看，这一研究成果并不意味着湿式电除尘技术的角色弱化，相反，SSS更多是“前端预处理+负荷减压”，使Wet-ESP能在更优工况下实现PM₂.₅、SO₃雾滴和细微烟尘的一次性深度控制。因此，将盐溶液喷雾视为一种嵌入式、可与ESP/FGD深度集成的SO₃专用治理单元，更符合其在未来烟气治理系统中的定位。随着高硫燃料利用场景的变化和排放限值持续收紧，类似这种基于现有装置“内生资源”的工艺优化，极有可能成为行业下一阶段的技术风向之一。

参考文献
[1] Kishi T, Yata K, Yamashita Y, Nishimura I, Ishibasi Y. Application of electro-precipitator to oil fired boilers. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. 1970 Nov.
[2] Kagami M, Noguchi T. Development of new gas cleaning system with salt solution spray. Proceedings of the 11th International Conference on Electrostatic Precipitation; 2008.

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