燃煤烟气脱硝过程中SO3的形成机制、迁移途径与分布研究

In the coal-fired flue gas, sulfur trioxide (SO3) reacts with ammonia to generate sulfate deactivating the denitrification catalyst, reacts with water vapor to produce sulfuric acid mist seriously corrosing the down-stream utility equipments, and leads to undesirable emissions to atmosphere. Formation mechanism, migration route and distribution of SO3 will be investigated in the process of selective catalytic reduction denitrification to mitigate SO3 emmision. SO3 formation mechanism over V2O5/TiO2 catalyst and V2O5/activated carbon catalyst will be studied to evaluate the influence of the critical factors on the SO3 formation, SO3 species and turnover frequency detected by the mass spectrometer (MS) and Fourier transform infrared spectrometer (FTIR). Based on the existing pilot-scale experimental system, the study on SO3 distribution will be carried out to distinguish the sulfate on the catalyst surface, sulfuric acid mist in the flue gas and some species on the fly ash. SO3 contents in various species will be measured by high performance ion chromatography (HPIC) and chemical titration to investigate the effects of catalyst formulation and flue gas operating conditions on the SO3 migration. SO3 distribution between the water vapor and fly ash will be investigated as the residence time for the flue gas changes to obtain the steady-state distribution of the SO3-water vapor-fly ash. The aim of this project is to clarify the SO3 formation mechanism and migration route and then condition the flue gas parameters to restrict the SO3 formation, reduce the sulfate and sulfuric acid mist, strengthen SO3 adsorption on the fly ash, and propose a basic theory for collaboratively controlling SO3 emissions.

燃煤烟气中的三氧化硫（SO3）与氨气反应生成硫酸盐使脱硝催化剂失活，与水蒸气结合形成硫酸雾严重腐蚀下游设备，排放到大气污染环境。为控制SO3排放，研究脱硝过程中SO3的形成机制、迁移途径与分布。通过质谱仪/红外光谱仪联用，研究钒钛催化剂和低温炭基催化剂选择性催化还原脱硝过程中SO3的形成机制，从累计生成量、赋存形态、转化频次等方面评价影响SO3形成的关键因素。在已有的小试实验台上研究SO3在催化剂表面的硫酸盐、烟气中的硫酸雾及飞灰颗粒三个物相中的赋存形式及分布，采用离子色谱仪和化学滴定等方法测量各物相中SO3含量，揭示影响SO3迁移的催化剂性质和烟气参数。研究SO3在水蒸气和飞灰中随停留时间的分布规律，获得三组分的平衡分布曲线。本项目旨在阐明SO3的形成机制与迁移途径，调控烟气参数，抑制SO3生成，减少SO3在硫酸盐、硫酸雾中的比例，强化SO3在飞灰表面吸附，为协同控制SO3排放提供理论依

围绕SO3检测误差较大、脱硝催化剂表面气态SO3生成及固态硫铵盐沉积问题，展开了SO3测量影响因素探究、SCR脱硝过程中SO3的形成机制及迁移途径研究、SO3-H2O-飞灰相互作用及凝并等研究，获得以下创新性成果。.（1）提出了SO3测试修正公式，使得测试误差降低至10%以内。.针对异丙醇法SO3在线测试准确性较低的问题，通过大量测试，进行了误差来源解析，发现测试误差来自气液流速比、SO2氧化和SO3的副反应。提出了相应的修正公式，将SO3浓度大于10ppm时的测试误差由原来的40%以上降到了10%以内。.（2）揭示了SCR脱硝过程中SO3的形成机制。.SO2氧化动力学结果显示O2、SO2和SO3的表观反应级数分别为0、0.77和-0.19，表观反应活化能为53.6~81.6kJ/mol，化学反应是SO2氧化过程的速控步骤。NO对SO2氧化有轻微的促进作用，而H2O和NH3则是可逆的抑制作用，该抑制作用源于H2O和NH3与SOx的竞争吸附并抑制了SO3的脱附，且NH3的抑制作用更强。.（3）.探明了SCR脱硝过程中SO3的迁移途径。.针对V2O5/TiO2催化剂，在中温段（250~400℃），部分SO2均转化为了气相SO3，在低温段（180~250℃），部分SO2和NH3结合转化为硫铵盐沉积在催化剂表面。250℃属于转折温度，在该温度附近，气态SO3的生成量与硫酸铵的生成量基本相当。针对活性炭，表面沉积的硫铵盐抑制了脱硝效率，且抑制作用随沉积量的增多而增强。由于活性炭具有良好的吸附性能，尚未检测到气态SO3。.（4）发现了飞灰凝并吸附SO3的规律，提出了协同控制SO3的方法。.针对6家燃煤电厂的SO3测试，结果显示SCR脱硝装置使SO3浓度提升10%~150%，除尘装置对SO3的脱除率为8%~75%。SO3脱除效果与除尘器类型及粉尘性质的关联不大，而是与工作温度相关，温度越低脱除效果越好。脱硫装置对SO3的脱除率为20%~78%，半干法脱硫装置对SO3的脱除量优于湿法脱硫装置。提出了钙钠镁基吸收剂协同控制SO3的方法。