電除塵器不同電場(chǎng)汞分布特性研究

吳劍波，滕敏華，華曉宇

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

電除塵器不同電場(chǎng)汞分布特性研究

吳劍波，滕敏華，華曉宇

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

為研究燃煤發(fā)電廠汞的排放，通過(guò)采集不同容量機(jī)組的靜電除塵器底灰及煙氣中飛灰，分析了各個(gè)電場(chǎng)下部底灰中的汞含量。結(jié)果表明：相比其他因素，煤中攜帶的汞含量對(duì)底灰中汞分布影響最大，煤在完成燃燒后將大部分汞轉(zhuǎn)移到了電除塵底灰中；在電除塵的各級(jí)電場(chǎng)中，飛灰汞濃度呈現(xiàn)逐級(jí)上升后再下降的趨勢(shì)。不同電場(chǎng)汞濃度差異的原因與煙氣顆粒物的大小及電除塵內(nèi)部煙氣流速有關(guān)。

飛灰顆粒；汞分布；電除塵

0 引言

汞作為一種常溫下即可蒸發(fā)的重金屬，生物毒性極強(qiáng)；且在生物鏈中存在生物富集作用，嚴(yán)重威脅人類健康。2005年據(jù)北極檢測(cè)評(píng)估計(jì)劃（AMAP）和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署估計(jì)，全球總共因人為因素產(chǎn)生了1 930 t汞，其中燃煤發(fā)電廠因燃煤產(chǎn)生的汞排放量大約在880 t，占到45%，是目前最大的人為汞污染源。

相關(guān)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求煙氣中汞排放濃度控制在30 μg/m3以下。而目前汞排放控制研究尚處于探索階段，越來(lái)越多的研究指向了“SCR（選擇性催化還原）系統(tǒng)的氧化作用+電除塵飛灰的吸附作用+濕式脫硫裝置的吸收作用”的協(xié)同脫汞技術(shù)這條道路。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署對(duì)美國(guó)的燃煤發(fā)電廠調(diào)查后認(rèn)為飛灰能吸附40%左右的汞，但對(duì)電除塵實(shí)際脫除的顆粒汞缺乏足夠的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。以下就電除塵器不同電場(chǎng)中的汞含量分布特性進(jìn)行研究。

1 研究對(duì)象及方法

以300 MW與1 000 MW容量的典型燃煤鍋爐為研究主體，其設(shè)計(jì)煤種、主要污染物和脫除裝置近似，如表1所示。在300 MW燃煤機(jī)組滿負(fù)荷狀態(tài)，1 000 MW燃煤機(jī)組分別在500 MW與1 000 MW 2個(gè)負(fù)荷狀態(tài)下提取樣品，并研究不同煤種組合的汞含量分布特性。

表1 選取的典型機(jī)組

原煤的樣品取自給煤機(jī)入口；電除塵灰從4個(gè)電場(chǎng)分別取樣，在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行4 h后取自各自倉(cāng)泵的底端；煙氣中的飛灰樣品用等速取樣裝置取自電除塵進(jìn)口截面或空預(yù)器出口截面。如圖1所示。

圖1 飛灰取樣點(diǎn)

飛灰樣品的汞濃度測(cè)定采用Lumex品牌的PYRO-915+型熱解爐、配合RA-915M汞分析儀進(jìn)行。該分析儀采用基于采崩高頻偏振光調(diào)諧技術(shù)和塞曼背景校正技術(shù)的原子吸收光譜法（ZAASHFM），其操作原理如圖2所示。

圖2 汞分析儀操作原理

2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 電除塵底灰汞含量對(duì)比

試驗(yàn)期間，機(jī)組1燒優(yōu)混煤，測(cè)得煤中的汞濃度為242 μg/kg。各個(gè)電場(chǎng)中底灰的汞含量依次為195，264，165，129 μg/kg，呈現(xiàn)先增加后減小的形態(tài)，電場(chǎng)二中汞含量最高。

機(jī)組2燒富動(dòng)煤和神混煤，測(cè)得煤中的汞濃度分別為81.2與10.9 μg/kg。滿負(fù)荷時(shí)，電場(chǎng)中底灰的汞含量依次為527，901，1 691，1 272 μg/kg，也呈現(xiàn)先增加后減小的形態(tài)，但是在電場(chǎng)三中汞含量最高；機(jī)組2在50%額定負(fù)荷時(shí)的趨勢(shì)與滿負(fù)荷時(shí)相同，也是在電場(chǎng)三中汞含量最高；底灰中的整體濃度略低于滿負(fù)荷工況。

2臺(tái)機(jī)組不同負(fù)荷時(shí)除塵器底灰中汞濃度見(jiàn)表2，從中可以看出，不同機(jī)組容量的鍋爐，在不同負(fù)荷的情況下，從電場(chǎng)一至電場(chǎng)四底灰汞濃度均呈現(xiàn)逐級(jí)增加后又逐級(jí)減弱的趨勢(shì)。

表2 2臺(tái)機(jī)組除塵器灰的汞濃度

由于4級(jí)電除塵裝置串聯(lián)設(shè)計(jì)，其布置結(jié)構(gòu)決定了飛灰顆粒越粗越容易在電場(chǎng)中脫除，因此電除塵四級(jí)電場(chǎng)下底灰的粒徑必然逐級(jí)減小[1]，而顆粒越細(xì)小比表面積越大，越容易吸附氣態(tài)汞等污染物。因此，在電除塵前半段，底灰中汞濃度隨電場(chǎng)增加而逐級(jí)增大。針對(duì)這一點(diǎn)，也有研究者提出是飛灰含碳量的影響[2]：含碳量高的顆粒比電阻低，不容易在前幾級(jí)電場(chǎng)沉降收集，由于二次揚(yáng)塵的作用，使得電除塵器第三電場(chǎng)的飛灰含碳量往往最高；而飛灰中殘?zhí)急砻娴暮?、含氮等官能團(tuán)有利于將汞吸附于飛灰顆粒表面[4，5]。電除塵器的最后一級(jí)電場(chǎng)，在不同工況下的汞濃度都出現(xiàn)不同程度的下降，這是由于最后一級(jí)電場(chǎng)飛灰含量急劇減少，不利于吸附。

由于除塵器中的電場(chǎng)灰能夠附著在電除塵器極板上，客觀上可以延長(zhǎng)飛灰與氣態(tài)汞的接觸時(shí)間，增強(qiáng)對(duì)氣態(tài)汞的吸附效果。因此較大的飛灰量有利于增加底灰中的汞濃度。這就解釋了同一機(jī)組相同煤種情況下，50%額定負(fù)荷時(shí)底灰中的汞濃度要低于滿負(fù)荷時(shí)的現(xiàn)象。

2.2 不同煤種下的電除塵底灰汞含量對(duì)比

機(jī)組2在1 000 MW負(fù)荷下采用蒙混煤替代神混煤進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。圖中煤中汞濃度均為按煤量加權(quán)后的均值，結(jié)果測(cè)得富動(dòng)煤和蒙混煤中汞濃度分別為32.0與8.1 μg/kg。試驗(yàn)中各個(gè)電場(chǎng)中底灰的汞含量依次為162，338，723，1 190 μg/kg。同基礎(chǔ)組對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，隨著煤種汞含量降低54.6%，底灰中的汞濃度下降明顯，前3個(gè)電場(chǎng)的汞濃度均下降了55%以上。

蒙混和神混煤的常規(guī)組分近似，灰分均在10%左右。由此可見(jiàn)，相比與其他因素，煤中攜帶的汞含量對(duì)底灰中汞的整體分布影響最大。

圖3 不同煤種的底灰中汞濃度對(duì)比

2.3 除塵前飛灰與電場(chǎng)灰汞含量對(duì)比

通過(guò)提取電除塵前煙氣中的飛灰樣品進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，除塵前飛灰中的汞濃度均不同程度地低于電場(chǎng)一底灰中的汞濃度，如圖4所示：機(jī)組1飛灰中的汞濃度為電場(chǎng)一底灰的66.7%，而機(jī)組2中差異更大，僅為29%。這是由于煙氣通過(guò)除塵器時(shí)，通流面積大大增加，煙氣設(shè)計(jì)流速約2 m/s，顆粒物在除塵裝置內(nèi)停留時(shí)間越長(zhǎng)，顆粒吸附汞比例越高。這也表明煙氣中汞在尾部煙道內(nèi)的轉(zhuǎn)化過(guò)程受反應(yīng)速率及反應(yīng)時(shí)間等動(dòng)力學(xué)因素的影響較大。

圖4 除塵前飛灰和電場(chǎng)一底灰中汞濃度對(duì)比

3 結(jié)論

（1）相比其他因素，煤中攜帶的汞含量對(duì)底灰中汞分布影響最大，煤在完成燃燒后將大部分汞轉(zhuǎn)移到了電除塵底灰中。

（2）在主要完成除塵工作的前三級(jí)電場(chǎng)中，飛灰汞濃度呈現(xiàn)逐級(jí)上升的趨勢(shì)。在不同機(jī)組容量、不同負(fù)荷或煤質(zhì)變化的情況下均存在這一規(guī)律。

（3）引起不同電場(chǎng)汞濃度差異的原因有2個(gè)：亞微米級(jí)顆粒物有利于氣態(tài)汞吸附，且飛灰粒徑越小，比表面積越大，越有利于汞吸附；電除塵內(nèi)部煙氣流速較小時(shí)，顆粒停留時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于汞吸附。

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（本文編輯：楊勇）

Research on Characteristic of Mercury Distribution in Different Electric Fields in Electrostatic Precipitator

WU Jianbo，TEN Minhua，HUA Xiaoyu
（Zhejiang Energy Group Research and Development，Hangzhou 310003，China）

In order to research mercury emission of coal-fired power plants，the paper analyzes mercury content in bottom ash below electric fields by collecting bottom ash of electrostatic precipitators of units with different capacities and fly ash in flue gas.The result shows that the mercury content in the coal influences mercury distribution in bottom ash most；most of the mercury in the burnt coal is transferred to bottom ash of electrostatic precipitator；in each electric field level of electrostatic precipitator，the mercury content in the fly ash tends to increase level by level and then decreases.The mercury content differences in different electric fields are related to particles in flue gas and flow rate of flue gas in electrostatic precipitators.

fly ash particle；mercury distribution；electrostatic precipitation

X701.3

：B

：1007-1881（2014）11-0046-03

2014-09-11

吳劍波（1987－），男，浙江東陽(yáng)人，碩士，工程師，從事熱力性能試驗(yàn)和燃燒、脫汞技術(shù)的研究。