電除塵器不同電場汞分布特性研究

吳劍波，滕敏華，華曉宇

（浙江浙能技術研究院有限公司，杭州310003）

電除塵器不同電場汞分布特性研究

吳劍波，滕敏華，華曉宇

（浙江浙能技術研究院有限公司，杭州310003）

為研究燃煤發電廠汞的排放，通過采集不同容量機組的靜電除塵器底灰及煙氣中飛灰，分析了各個電場下部底灰中的汞含量。結果表明：相比其他因素，煤中攜帶的汞含量對底灰中汞分布影響最大，煤在完成燃燒后將大部分汞轉移到了電除塵底灰中；在電除塵的各級電場中，飛灰汞濃度呈現逐級上升后再下降的趨勢。不同電場汞濃度差異的原因與煙氣顆粒物的大小及電除塵內部煙氣流速有關。

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的重金屬，生物毒性極強；且在生物鏈中存在生物富集作用，嚴重威脅人類健康。2005年據北極檢測評估計劃（AMAP）和聯合國環境規劃署估計，全球總共因人為因素產生了1 930 t汞，其中燃煤發電廠因燃煤產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。

相關的大氣污染物排放標準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，越來越多的研究指向了“SCR（選擇性催化還原）系統的氧化作用+電除塵飛灰的吸附作用+濕式脫硫裝置的吸收作用”的協同脫汞技術這條道路。美國環境保護署對美國的燃煤發電廠調查后認為飛灰能吸附40%左右的汞，但對電除塵實際脫除的顆粒汞缺乏足夠的現場數據。以下就電除塵器不同電場中的汞含量分布特性進行研究。

1 研究對象及方法

以300 MW與1 000 MW容量的典型燃煤鍋爐為研究主體，其設計煤種、主要污染物和脫除裝置近似，如表1所示。在300 MW燃煤機組滿負荷狀態，1 000 MW燃煤機組分別在500 MW與1 000 MW 2個負荷狀態下提取樣品，并研究不同煤種組合的汞含量分布特性。

表1 選取的典型機組

原煤的樣品取自給煤機入口；電除塵灰從4個電場分別取樣，在機組穩定運行4 h后取自各自倉泵的底端；煙氣中的飛灰樣品用等速取樣裝置取自電除塵進口截面或空預器出口截面。如圖1所示。

圖1 飛灰取樣點

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

圖2 汞分析儀操作原理

2 測試結果與分析

2.1 電除塵底灰汞含量對比

試驗期間，機組1燒優混煤，測得煤中的汞濃度為242 μg/kg。各個電場中底灰的汞含量依次為195，264，165，129 μg/kg，呈現先增加后減小的形態，電場二中汞含量最高。

機組2燒富動煤和神混煤，測得煤中的汞濃度分別為81.2與10.9 μg/kg。滿負荷時，電場中底灰的汞含量依次為527，901，1 691，1 272 μg/kg，也呈現先增加后減小的形態，但是在電場三中汞含量最高；機組2在50%額定負荷時的趨勢與滿負荷時相同，也是在電場三中汞含量最高；底灰中的整體濃度略低于滿負荷工況。

2臺機組不同負荷時除塵器底灰中汞濃度見表2，從中可以看出，不同機組容量的鍋爐，在不同負荷的情況下，從電場一至電場四底灰汞濃度均呈現逐級增加后又逐級減弱的趨勢。

表2 2臺機組除塵器灰的汞濃度

由于4級電除塵裝置串聯設計，其布置結構決定了飛灰顆粒越粗越容易在電場中脫除，因此電除塵四級電場下底灰的粒徑必然逐級減小[1]，而顆粒越細小比表面積越大，越容易吸附氣態汞等污染物。因此，在電除塵前半段，底灰中汞濃度隨電場增加而逐級增大。針對這一點，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，不容易在前幾級電場沉降收集，由于二次揚塵的作用，使得電除塵器第三電場的飛灰含碳量往往最高；而飛灰中殘碳表面的含氧、含氮等官能團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電場，在不同工況下的汞濃度都出現不同程度的下降，這是由于最后一級電場飛灰含量急劇減少，不利于吸附。

由于除塵器中的電場灰能夠附著在電除塵器極板上，客觀上可以延長飛灰與氣態汞的接觸時間，增強對氣態汞的吸附效果。因此較大的飛灰量有利于增加底灰中的汞濃度。這就解釋了同一機組相同煤種情況下，50%額定負荷時底灰中的汞濃度要低于滿負荷時的現象。

2.2 不同煤種下的電除塵底灰汞含量對比

機組2在1 000 MW負荷下采用蒙混煤替代神混煤進行對比試驗，結果如圖3所示。圖中煤中汞濃度均為按煤量加權后的均值，結果測得富動煤和蒙混煤中汞濃度分別為32.0與8.1 μg/kg。試驗中各個電場中底灰的汞含量依次為162，338，723，1 190 μg/kg。同基礎組對比可以發現，隨著煤種汞含量降低54.6%，底灰中的汞濃度下降明顯，前3個電場的汞濃度均下降了55%以上。

蒙混和神混煤的常規組分近似，灰分均在10%左右。由此可見，相比與其他因素，煤中攜帶的汞含量對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比

2.3 除塵前飛灰與電場灰汞含量對比

通過提取電除塵前煙氣中的飛灰樣品進行分析可以發現，除塵前飛灰中的汞濃度均不同程度地低于電場一底灰中的汞濃度，如圖4所示：機組1飛灰中的汞濃度為電場一底灰的66.7%，而機組2中差異更大，僅為29%。這是由于煙氣通過除塵器時，通流面積大大增加，煙氣設計流速約2 m/s，顆粒物在除塵裝置內停留時間越長，顆粒吸附汞比例越高。這也表明煙氣中汞在尾部煙道內的轉化過程受反應速率及反應時間等動力學因素的影響較大。

圖4 除塵前飛灰和電場一底灰中汞濃度對比

3 結論

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

（2）在主要完成除塵工作的前三級電場中，飛灰汞濃度呈現逐級上升的趨勢。在不同機組容量、不同負荷或煤質變化的情況下均存在這一規律。

（3）引起不同電場汞濃度差異的原因有2個：亞微米級顆粒物有利于氣態汞吸附，且飛灰粒徑越小，比表面積越大，越有利于汞吸附；電除塵內部煙氣流速較小時，顆粒停留時間越長，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，浙江東陽人，碩士，工程師，從事熱力性能試驗和燃燒、脫汞技術的研究。