燃煤电厂选择性催化还原(SCR)技术的普及导致烟气中SO3浓度明显提高,从而造成尾部受热面低温腐蚀、空气预热器堵塞、排烟不透明度升高等危害。将碱性物质作为吸收剂喷射入烟道中能有效脱除烟气中的SO3,成为现阶段的研究热点。本文提出利用电厂尾部烟气中CO2与水蒸气对天然碱进行调质改性,增加其和SO3的反应活性,增大脱除效率的技术思路;对天然碱的调质、调质产物的热解及其对SO3的吸收特性进行了试验研究,得到SO3脱除的关键工艺参数,并揭示SO3脱除的机理。首先,本文利用常压固定床反应器,研究了典型排烟条件下烟气中CO2与天然碱的反应特性,并借助气固反应模型模拟了其反应动力学过程。研究发现,反应初期,由化学反应过程控制,反应速率较快,随着反应的进行,逐渐由扩散过程控制;降低反应温度、提高烟气中的水分含量和CO2浓度均提高了化学反应速率,促进了反应的进行。反应动力学模拟表明,失活模型均能较好的模拟天然碱的碳酸化过程,其相关系数均大于95%,活性位失活速率常数受反应温度和水分含量的影响显著;CO2浓度变化时,天然碱的碳酸化反应主要受CO2扩散的影响。基于以上研究,利用热重分析仪对天然碱及其调质产物的热解过程进行了分析,并借助热解动力学模型模拟了该热解过程。Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法和Satava-Sestak法均可以较好的拟合天然碱及其调质产物的失重过程,得到可靠的动力学参数。天然碱开始分解的温度为90℃,失重峰值出现在100～120℃之间,随着升温速率的增长,失重峰值向高温区偏移。调质产物开始分解的温度为90℃左右,在100℃和140℃附近出现两个明显失重峰,100℃左右的失重峰是在天然碱调质过程中,少量水分凝结在生成的NaHCO3上面而形成的液态水和NaHCO3结晶水的蒸发;而140℃左右的失重峰为NaHCO3分解的失重峰。调质前后天然碱的物理化学特性分析表明,随着天然碱碳酸化程度的加深,热解产物的结构发生显著变化,颗粒由平整表面变为交错的条状并逐渐加深,表面结构更疏松,内部空隙增多随着天然碱调质转化率增大,热解产物的比表面积线性增加,与原始天然碱相比比表面积提高了 2.35倍,有利于后续SO3脱除反应的进行。最后,本文在固定床反应试验台上研究了天然碱及其调质产物对烟气中SO3的脱除特性。在反应的初始阶段化学反应速率为主要控制因素,温度的提高有利于化学反应速率的增加,因此随着温度的提高,反应速率增大,但增加幅度有限。反应后期,随着温度的降低SO3向硫酸雾转化,促进了脱除反应的进行;调质后的天然碱比表面积增加,表面呈疏松状结构,明显促进了其与SO3的反应速率;随着烟气含水量的提高,反应速率加快,但水分含量大于5%后变化不明显;无氧气条件下,烟气中的SO2与天然碱不反应;有氧气时,反应生成少量硫酸钠;对SO3的脱除产生抑制作用。借助三种气固化学反应动力学模型对SO3的脱除反应进行了模拟,研究表明相对于缩核模型,活性位失活模型能更好的模拟Na2CO3和SO3的反应过程,反应速率模拟值与实验值一致。