忽視SO3的減排脫硫對治理霧霾的貢獻將打折

文_ 張原 福建龍凈環保股份有限公司 福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司

近幾年，我國霧霾肆虐、空氣質量低下，人民的健康遭遇前所未有的影響。霾（氣象學用語）是指原因不明的因大量煙、塵等微粒懸浮而形成的渾濁現象。霾的核心物質是空氣中懸浮的灰塵顆粒，氣象學上稱為氣溶膠顆粒。霾，也稱灰霾（煙霞），空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子也能使大氣混濁，視野模糊并導致能見度惡化，如果水平能見度小于10000m時，將這種非水成物組成的氣溶膠系統造成的視程障礙稱為霾或灰霾。據環保科學家研究，PM2.5是“霾”天氣的主要成因，由此引發公眾對PM2.5的關注。

我國火電機組大約有九成安裝了脫硫裝置，這些脫硫裝置大約95%以上是濕法脫硫裝置，由于濕法脫硫工藝的高脫硫率僅僅是針對SO2，濕法脫硫因其自身的局限性無法有效脫除SO3，導致大量的SO3逃出濕法脫硫裝置，生成大量的二次PM2.5，這些二次PM2.5匯在一起成為空氣中PM2.5的重要組成部分。

不重視SO3的減排，由此形成的二次PM2.5使脫硫治理對解決陰霾的成效大打折扣。這也是我國投資了數千億進行脫硫改造，但陰霾問題卻越來越嚴重的一個重要因素。

以下以環保部2012年環境統計年報中的火電廠污染物統計數據為例，分析計算2012年重點納入調查統計范圍的火電廠的SO3產生量、排放量以及由此產生的二次PM2.5量。

1 火電廠與一次PM2.5

火電廠排放到大氣中的污染物，主要是煤燃燒時產生的SO2和煙塵細顆粒物，SO2是酸雨最主要的前體物。近年來的調查研究發現，在煤的燃燒過程中，所排放出的As、Cr等微量元素，對人體的健康危害很大。煤中所含有的微量元素進一步在燃燒產物上遷移和富集，主要遷移和富集于這些細粒子上。先進的脫硫裝置可以有效地降低SO2的排放濃度；現代的排煙除塵設備幾乎能全部除去煙塵顆粒物中的粗粒子，但對細粒子的脫除能力則很弱。可見，火電廠是酸雨前體物及細顆粒物的主要排放源。

對于電廠顆粒物排放的控制技術，目前仍是以靜電除塵器為主，并在其下游安裝濕法煙氣脫硫裝置。目前火電廠中普遍采用的靜電除塵器對較大直徑顆粒有很高的收集效率，但對大量細微顆粒物的收集效率不高。因此造成相當數量的細微顆粒物排放到大氣環境中，污染大氣環境。

2 火電廠的SO3產生量

由表1可知，火電廠的SO2排放總量為706.3+152.6=858.9萬t、SO2去除總量為2396.3+126.5=2522.8萬t。則火電廠的SO2產生總量為858.9+2522.8=3381.7萬t。

由此推算火電廠的SO3產生總量約為3381.7/99%×1%×1.25=42.70萬t（火電鍋爐中SO2向SO3的轉換率約為1%，SO3與SO2的摩爾質量比為80/64=1.25）。

表1 2012年納入調查統計范圍的火電廠污染物數據

3 火電廠安裝脫硫裝置后的SO3排放量

根據中電聯的統計數據，截至2012年底，累計已投運火電廠煙氣脫硫機組總容量約6.8億kW，占全國現役燃煤機組容量的90%。其中，脫硫裝置中約95%采用濕法、約5%采用干法脫硫工藝。濕法脫硫對SO3脫除效率僅為20%，則濕法脫硫減排的SO3量為42.70×90%×95%×20%=7.30萬t。

干法脫硫可幾乎100%脫除SO3，則干法脫硫減排的SO3量為42.70×90%×5%×100%=1.92萬t。

由此推算，火電廠安裝脫硫裝置后的SO3排放量為42.70-7.30-1.92=33.48萬t。

4 火電廠SO3排放產生的二次PM2.5量

SO3排出煙囪后100%都變成二次PM2.5。原因如下：

（1）SO3露點溫度高，很容易結露。

（2）SO3結露吸收水以后就形成了H2SO4的氣溶膠，這種酸氣溶膠本身就是PM2.5。

（3）硫酸氣溶膠進入大氣之后，最終會和環境空氣中的正離子，如NH4+，生成硫酸鹽氣溶膠，這些氣溶膠都是二次PM2.5。

SO3排放到大氣中形成二次硫酸鹽PM2.5的反應過程如下（大氣中正離子成分較復雜，這里假設全部與銨根離子(NH4+)反應）：

SO3+H2O?H2SO4

SO42-+2NH4+?(NH4)2SO4

由上述反應可知，1mol從濕法脫硫系統中逃逸的SO3最終生成1mol(NH4)2SO4，(NH4)2SO與SO3的摩爾質量比為132/80=1.65，則火電廠SO3排放產生的二次PM2.5為33.48×1.65=55.24萬t。

5 結語

綜上所述，PM2.5是“霾”天氣的主要成因。火電廠對PM2.5的貢獻較大，除了因靜電除塵器對PM2.5的脫除效率較低造成PM2.5排放增加外，SO3排放對PM2.5的貢獻也不容忽視。但因SO3難以監測，它的排放往往被忽視。與可監控的火電廠煙（粉）塵排放量144.2+34.1=178.3萬t（表1）相比，火電煙氣SO3排出煙囪后產生的二次硫酸鹽達到PM2.555.24萬t，是一個無法忽視的數據。

同時，目前全國正在進行大規模的脫硝治理，大部分采用的是具有高脫硝率的SCR工藝，由于SCR脫硝裝置的催化劑可使SO2向SO3的轉化率進一步提高（研究表明大約從原先的1%提高到3%），而且我國現有的脫硫裝置絕大部分采用濕法脫硫工藝，因此將導致硫酸鹽二次PM2.5在上述數值的基礎上劇增，大大抵消脫硝和脫硫的成效。

所以僅僅重視脫除SO2，而不重視SO3的減排，脫硫對治理陰霾的貢獻將大打折扣。