燃煤電站電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的研究

張暉棟

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

燃煤電站電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的研究

張暉棟

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

通過(guò)對(duì)電袋復(fù)合除塵器的協(xié)同脫汞效率進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，考察了電區(qū)條件、負(fù)荷條件對(duì)電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞效率的影響，并基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的優(yōu)勢(shì)。

電袋復(fù)合除塵器；脫汞；電區(qū)條件；鍋爐負(fù)荷

引言

汞是一種具有代表性的污染物，在煙氣中主要以顆粒汞、氣態(tài)二價(jià)汞、單質(zhì)汞三種形態(tài)分布[1-2]，其中單質(zhì)汞也以氣態(tài)形式存在。現(xiàn)有的汞脫除技術(shù)方案通常將汞在除塵器內(nèi)進(jìn)行脫除。已有學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)的電除塵器與布袋除塵器脫汞的能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)布袋除塵器脫除汞的效果較好[3-4]，電除塵器脫除汞的效果較差[5]，脫除效果與除塵方式有較大關(guān)系，原因是由于電除塵方式僅能脫除顆粒態(tài)汞，而對(duì)氣態(tài)汞無(wú)能為力；袋式除塵器濾袋外由飛灰形成的粉餅可對(duì)氣態(tài)汞進(jìn)行吸附，從而脫除一部分氣態(tài)汞。電袋復(fù)合除塵器對(duì)汞脫除能力研究尚為空白。通過(guò)對(duì)燃煤電站中電袋復(fù)合除塵器在不同工況下對(duì)汞的協(xié)同脫除效率進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，分析了電袋復(fù)合除塵器對(duì)汞的脫除能力，考察了電區(qū)條件以及負(fù)荷條件兩個(gè)因素對(duì)電袋復(fù)合除塵器中多污染物脫除效率的影響規(guī)律，為今后電袋復(fù)合除塵器實(shí)現(xiàn)多污染物協(xié)同治理提供優(yōu)化設(shè)計(jì)理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)工況

為研究電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞原理，選取某燃煤電廠的電袋復(fù)合除塵器，該電袋復(fù)合除塵器的工藝為兩電兩袋，為考察鍋爐負(fù)荷及電區(qū)條件對(duì)電袋復(fù)合除塵器脫汞效率帶來(lái)的影響，分別在不同機(jī)組負(fù)荷以及不同電區(qū)條件下的脫汞效率進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)為考察袋區(qū)與電區(qū)的脫汞能力，分別對(duì)電區(qū)及袋區(qū)集灰中的汞含量進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)工況如表1所示。

表1 燃煤電站電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞測(cè)試實(shí)驗(yàn)工況

1.2 測(cè)試方法及儀器（見(jiàn)圖1）

圖1 燃煤電站電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)示意圖

如圖1所示，在電袋復(fù)合除塵器的入口和出口分別布置測(cè)點(diǎn)以監(jiān)測(cè)該位置處煙氣中的汞濃度，選取位于測(cè)孔所在斷面的平均風(fēng)速點(diǎn)進(jìn)行采樣。通過(guò)下式對(duì)電袋復(fù)合除塵器的脫汞效率進(jìn)行計(jì)算：

根據(jù)美國(guó)EPA 30B煙氣汞采樣方法，采用俄羅斯OLM 30B煙氣Hg采樣儀和進(jìn)口活性炭吸附管，采取防塵措施進(jìn)行雙路平行恒流采樣，按0.4L/min采樣流量進(jìn)行采樣，采樣后記錄采樣體積并進(jìn)行樣品保存，帶回實(shí)驗(yàn)室利用Lumex汞分析儀分析兩段活性炭中吸附的Hg含量，結(jié)合煙氣采樣體積得到煙氣Hg濃度，采樣原理如圖2所示。

圖2 美國(guó)EPA Method 30B煙氣Hg采樣原理圖

2 結(jié)果與討論

表2為電廠中針對(duì)不同電場(chǎng)條件和負(fù)荷條件下的電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞效率測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果。可看出，由于該電廠中所使用煤種中汞元素含量較低，因此汞在除塵器入口的濃度偏低，小于10μg/m3。該濃度盡管低于現(xiàn)有國(guó)家及地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但相比于美國(guó)的MATS中0.3μg/m3的標(biāo)準(zhǔn)仍有較大差距，這意味著該入口濃度下汞的排放限值有較大的潛力可以挖掘。下文將分別針對(duì)電場(chǎng)條件、負(fù)荷條件對(duì)電袋復(fù)合除塵器脫汞效率的影響進(jìn)行分析。

表2 不同工況下電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞效率測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 電區(qū)條件對(duì)電袋復(fù)合除塵器脫汞效率的影響

從測(cè)試結(jié)果可看出，電場(chǎng)條件對(duì)電袋復(fù)合除塵器的脫汞效果影響較大。當(dāng)電場(chǎng)全開(kāi)時(shí)，電袋復(fù)合除塵器的脫汞效率約為25%；當(dāng)電場(chǎng)半開(kāi)時(shí)，電袋復(fù)合除塵器的脫汞效率上升至45%左右，提高20%。從結(jié)果可看出，在電袋復(fù)合除塵器中，電區(qū)與袋區(qū)組合起來(lái)進(jìn)行脫汞并非簡(jiǎn)單的疊加形式，電場(chǎng)半開(kāi)時(shí)的脫汞效率反而比電場(chǎng)全開(kāi)時(shí)的脫汞效率更高。

通常情況下，電除塵器對(duì)汞的脫除效率不到20%[5]，布袋除塵器的平均脫汞效率約為57%[6]。這表明在脫汞應(yīng)用方面，袋除塵方式比電除塵方式更具有優(yōu)勢(shì)[7]。因此，在電袋復(fù)合除塵器脫汞過(guò)程中，袋區(qū)起到主要的作用。濾袋表面的粉餅不僅可將顆粒汞脫除，還可以對(duì)煙氣中的氣態(tài)汞進(jìn)行吸附。由于氣態(tài)汞難以被脫除，如何提高電袋復(fù)合除塵器的脫汞效率，關(guān)鍵在于如何提高袋區(qū)的粉餅以及飛灰對(duì)氣態(tài)汞的吸附能力。當(dāng)電場(chǎng)由全開(kāi)變?yōu)榘腴_(kāi)時(shí)，電區(qū)的除塵效率降低，這導(dǎo)致更多的飛灰進(jìn)入到袋區(qū)，使濾袋表面的粉餅變厚。粉餅厚度增加后，將具有更大的表面積對(duì)汞進(jìn)行吸附脫除。

比表面積是影響汞吸附效率的重要因素之一。在電袋復(fù)合除塵器中，大部分粉塵在電區(qū)被捕集，袋區(qū)脫除的基本上是小粒徑的粉塵，這使袋區(qū)的粉塵層相對(duì)較薄，結(jié)構(gòu)上也幾乎沒(méi)有大顆粒的粉塵作為支撐。與此同時(shí)，這些小粒徑的粉塵經(jīng)過(guò)電區(qū)時(shí)被荷電，到達(dá)濾袋表面，由于靜電力的影響，攜帶同性電荷的粉塵相互排斥，在濾袋表面形成蓬松的粉餅，不像布袋除塵器的粉餅一樣致密。這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得電袋復(fù)合除塵器的阻力較小，單位質(zhì)量的粉餅比表面積相比于布袋除塵器中粉餅的比表面積較大。但與此同時(shí)，電區(qū)中脫除的一大部分粉塵，又使得其進(jìn)入袋區(qū)的總飛灰量較少，形成的粉餅較薄，總的表面積可能較小，且由于過(guò)濾風(fēng)速較大，煙氣與粉餅接觸的停留時(shí)間也相對(duì)較短。

綜上所述，電區(qū)對(duì)電袋復(fù)合除塵器脫汞效率的影響較復(fù)雜。通過(guò)對(duì)粉塵的部分脫除以及對(duì)粉塵進(jìn)行荷電，使得袋區(qū)粉餅的比表面積上升。但到達(dá)袋區(qū)粉塵總量的下降，使袋區(qū)粉餅與煙氣接觸的總表面積下降。在雙重影響的作用下，使電區(qū)在電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的過(guò)程中起到重要的作用。未來(lái)對(duì)電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞中電區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于使電區(qū)能耗、粉餅的比表面積、總表面積與除塵器阻力四個(gè)參數(shù)達(dá)到平衡，盡量在提高電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞效率的同時(shí)，減少運(yùn)行成本。

2.2 機(jī)組負(fù)荷條件對(duì)電袋復(fù)合除塵器脫汞效率的影響

不考慮鍋爐負(fù)荷條件給除塵器入口煙氣汞濃度帶來(lái)的變化，從實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可看出，機(jī)組負(fù)荷條件在電場(chǎng)半開(kāi)的工況下，對(duì)電袋復(fù)合除塵器脫汞效率造成的影響不大，而在電場(chǎng)全開(kāi)的工況下，機(jī)組負(fù)荷降低會(huì)導(dǎo)致電袋復(fù)合除塵器脫汞效率下降。該現(xiàn)象的發(fā)生是因?yàn)樨?fù)荷變化將導(dǎo)致煙氣中的飛灰含量產(chǎn)生變化。負(fù)荷降低使煙氣中的飛灰總量減少，在電區(qū)半開(kāi)的情況下，由于電區(qū)脫除飛灰的效率較低，進(jìn)入袋區(qū)的灰量減少，濾袋外的粉餅變薄，與煙氣接觸的總面積減小，從而使得電袋復(fù)合除塵器的脫汞效率降低；而電區(qū)全開(kāi)時(shí)，電區(qū)的除塵效率約在80%，入口煙氣中飛灰的變化對(duì)到達(dá)袋區(qū)的飛灰量影響不大，濾袋外粉餅的性質(zhì)基本不變，因而導(dǎo)致電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的效率變化不大。因此，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于電場(chǎng)通常屬于全開(kāi)狀態(tài)，可忽略鍋爐負(fù)荷這個(gè)因素對(duì)電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞效率造成的影響。

2.3 電袋復(fù)合除塵器中電區(qū)及袋區(qū)對(duì)汞的脫除效果

根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，電除塵方式一般僅能脫除顆粒汞，袋除塵方式對(duì)顆粒汞及氣態(tài)汞都具有一定的脫除效果。為考察電袋復(fù)合除塵器中電區(qū)及袋區(qū)的脫汞能力，分別對(duì)電區(qū)及袋區(qū)所集塵樣中汞的含量進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 電區(qū)與袋區(qū)所集塵樣中汞的含量測(cè)試結(jié)果

從圖3可看出，電區(qū)與袋區(qū)所集塵樣中汞含量有較大差異，電區(qū)所集灰中汞含量約為0.962（±0.019）mg/kg，比電區(qū)所集灰中汞含量（約0.083mg/kg）高出十倍。電區(qū)所捕集的飛灰量約占煙氣中飛灰總量的80%，但其捕集的汞僅占電袋復(fù)合除塵器捕集總汞的25.7%，袋區(qū)所捕集的汞占74.3%。盡管袋區(qū)捕集的灰量較少，但其在電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞中起到了主要作用。這與上文所分析的結(jié)果以及其他學(xué)者的研究結(jié)果相吻合[4、6]。由于袋區(qū)具有更好的脫汞開(kāi)發(fā)利用潛力，如何深入挖掘袋區(qū)脫汞的潛力，提高袋區(qū)的脫汞效率，是電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

2.4 電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的優(yōu)勢(shì)

在成本及占地等因素的影響下，盡管未來(lái)對(duì)汞的排放標(biāo)準(zhǔn)會(huì)提高，在燃煤電站推廣添加新的設(shè)備單獨(dú)進(jìn)行脫汞仍然具有較大阻力。這就要求現(xiàn)有的環(huán)保設(shè)備在處理原有污染物的基礎(chǔ)上，增加對(duì)污染物汞的協(xié)同脫除能力。若將汞在脫硫塔中進(jìn)行脫除，將造成汞在石膏中富集，影響石膏品質(zhì)；若將汞在傳統(tǒng)的布袋除塵器或電除塵器中進(jìn)行脫除，將造成汞在飛灰中富集，影響飛灰的品質(zhì)。飛灰及石膏品質(zhì)的下降可能造成其價(jià)格下降，直接影響燃煤電站收益。因此，在達(dá)到汞高效、廉價(jià)脫除目的的同時(shí)，盡量避免對(duì)飛灰以及石膏造成污染，是燃煤電站協(xié)同脫汞技術(shù)發(fā)展的主要方向。

將汞在電袋復(fù)合除塵器中的袋區(qū)進(jìn)行脫除，可將汞富集在袋區(qū)所集的飛灰中。由于電區(qū)所集的飛灰量一般占煙氣中飛灰總量的80%，袋區(qū)只占20%，可使電區(qū)所集的大部分飛灰避免被污染[8]。同時(shí)，由于汞大部分富集在袋區(qū)中的少部分飛灰中，更加容易進(jìn)行集中處理，這使后續(xù)汞的回收處理成為了可能。

本次實(shí)驗(yàn)中的電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞效率相比于一般布袋除塵器較低，這可能是由于到達(dá)袋區(qū)的灰量相對(duì)較少，使粉餅與煙氣接觸面積較小，或是由于該電袋復(fù)合除塵器中的飛灰與汞的結(jié)合能力較弱。向袋區(qū)噴入一些比表面積大的吸附劑，與原有的飛灰混合形成新的粉餅，可有效提高電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的效率。

3 結(jié)論

（1）電場(chǎng)條件對(duì)電袋復(fù)合除塵器脫汞效率影響較大。電場(chǎng)除塵效率的改變影響了進(jìn)入袋區(qū)的飛灰量，飛灰量決定了濾袋外形成粉餅的厚度。電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞主要靠袋區(qū)中濾袋外的粉餅來(lái)完成，粉餅的厚度影響了電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞的效率。

（2）鍋爐的負(fù)荷可能影響形成濾袋外粉餅的灰量，繼而對(duì)電袋復(fù)合除塵器脫汞效率產(chǎn)生影響。在電袋復(fù)合除塵器常規(guī)運(yùn)行的情況下，該影響較小。

（3）電區(qū)捕集了煙氣中80%的飛灰，但是捕集的汞只占電袋復(fù)合除塵器捕集總汞的25.7%，電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞主要靠袋區(qū)來(lái)完成，袋區(qū)具有更好的脫汞開(kāi)發(fā)利用潛力。

（4）電袋復(fù)合除塵器協(xié)同脫汞可將汞富集在袋區(qū)捕集的小部分飛灰中，避免汞在石膏和大部分飛灰中富集，造成石膏和飛灰品質(zhì)下降，同時(shí)為后續(xù)汞的回收處理提供了可能，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

[1] Lee J Y,Ju Y,Keener T C,et al. Development of cost-effective noncarbon sorbents for Hg0 removal from coal-fired power plants[J].Environmental Science and Technology, 2006, 40:2714-2720.

[2] 牛麗麗，徐超，劉維屏.中國(guó)燃煤汞排放及活性炭脫汞技術(shù)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35（9）：45-55.

[3] 王磊，王李娟.我國(guó)燃煤電廠汞污染防治現(xiàn)狀及建議[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)2014，37（120）：285-294.

[4] 王圣，劉紅志，陳輝.國(guó)內(nèi)外燃煤電廠汞排放控制技術(shù)比較分析[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012（7）：42-46.

[5] V M Fthenakis, F W Lipfert, P D Moskowitz, et al. An assessment of mercury emission and health risks from a coal-fired power plant[J].Journal of Hazardous Materials, 1995, 44:267-283.

[6] Pavlish J H, Sondreal E A, Mann M D, Olson E S, Galbreath K C,Laudal D L, Benson S A. Status review of mercury control options for coal-fired power plants[J].Fuel Processing Technology, 2003, 82:89-165.

[7] 于麗新，曲瑩軍，賈俊新，等.基于實(shí)測(cè)的燃煤電廠汞遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37（120）：463-370.

[8] 尤燕青.燃煤煙氣電袋復(fù)合除塵脫汞協(xié)同技術(shù)探討[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012（12）：62-64.

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《中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)》編輯部

Study on De-mercury of Electrical Bag Compound Precipitator in Coal-fred Power Station

ZHANG Hui-dong
(Fujian Longking Environmental Protection Co., Ltd, Longyan 364000, China)

Based on the test experiment of de-mercury effciency of electrical bag compound precipitator, the paper investigates the impact of electrical area conditions and load conditions on the mercury removal effciency of electrical bag compound precipitator. Based on the test result, the paper analyzes the advantage of de-mercury of electrical bag compound precipitator.

electrical bag compound precipitator; mercury; electrical area condition; boiler load

X701

A

1006-5377（2017）02-0054-04