燃煤电站电袋复合除尘器协同脱汞的研究

张晖栋

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

燃煤电站电袋复合除尘器协同脱汞的研究

张晖栋

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

通过对电袋复合除尘器的协同脱汞效率进行测试实验，考察了电区条件、负荷条件对电袋复合除尘器协同脱汞效率的影响，并基于实验结果，分析了电袋复合除尘器协同脱汞的优势。

电袋复合除尘器；脱汞；电区条件；锅炉负荷

引言

汞是一种具有代表性的污染物，在烟气中主要以颗粒汞、气态二价汞、单质汞三种形态分布[1-2]，其中单质汞也以气态形式存在。现有的汞脱除技术方案通常将汞在除尘器内进行脱除。已有学者对传统的电除尘器与布袋除尘器脱汞的能力进行了研究，发现布袋除尘器脱除汞的效果较好[3-4]，电除尘器脱除汞的效果较差[5]，脱除效果与除尘方式有较大关系，原因是由于电除尘方式仅能脱除颗粒态汞，而对气态汞无能为力；袋式除尘器滤袋外由飞灰形成的粉饼可对气态汞进行吸附，从而脱除一部分气态汞。电袋复合除尘器对汞脱除能力研究尚为空白。通过对燃煤电站中电袋复合除尘器在不同工况下对汞的协同脱除效率进行测试实验，分析了电袋复合除尘器对汞的脱除能力，考察了电区条件以及负荷条件两个因素对电袋复合除尘器中多污染物脱除效率的影响规律，为今后电袋复合除尘器实现多污染物协同治理提供优化设计理论依据。

1 实验内容、方法及仪器

1.1 实验内容及实验工况

为研究电袋复合除尘器协同脱汞原理，选取某燃煤电厂的电袋复合除尘器，该电袋复合除尘器的工艺为两电两袋，为考察锅炉负荷及电区条件对电袋复合除尘器脱汞效率带来的影响，分别在不同机组负荷以及不同电区条件下的脱汞效率进行测试。同时为考察袋区与电区的脱汞能力，分别对电区及袋区集灰中的汞含量进行检测。实验工况如表1所示。

表1 燃煤电站电袋复合除尘器协同脱汞测试实验工况

1.2 测试方法及仪器（见图1）

图1 燃煤电站电袋复合除尘器协同脱汞实验测点示意图

如图1所示，在电袋复合除尘器的入口和出口分别布置测点以监测该位置处烟气中的汞浓度，选取位于测孔所在断面的平均风速点进行采样。通过下式对电袋复合除尘器的脱汞效率进行计算：

根据美国EPA 30B烟气汞采样方法，采用俄罗斯OLM 30B烟气Hg采样仪和进口活性炭吸附管，采取防尘措施进行双路平行恒流采样，按0.4L/min采样流量进行采样，采样后记录采样体积并进行样品保存，带回实验室利用Lumex汞分析仪分析两段活性炭中吸附的Hg含量，结合烟气采样体积得到烟气Hg浓度，采样原理如图2所示。

图2 美国EPA Method 30B烟气Hg采样原理图

2 结果与讨论

表2为电厂中针对不同电场条件和负荷条件下的电袋复合除尘器协同脱汞效率测试实验结果。可看出，由于该电厂中所使用煤种中汞元素含量较低，因此汞在除尘器入口的浓度偏低，小于10μg/m3。该浓度尽管低于现有国家及地方相关标准，但相比于美国的MATS中0.3μg/m3的标准仍有较大差距，这意味着该入口浓度下汞的排放限值有较大的潜力可以挖掘。下文将分别针对电场条件、负荷条件对电袋复合除尘器脱汞效率的影响进行分析。

表2 不同工况下电袋复合除尘器协同脱汞效率测试实验结果

2.1 电区条件对电袋复合除尘器脱汞效率的影响

从测试结果可看出，电场条件对电袋复合除尘器的脱汞效果影响较大。当电场全开时，电袋复合除尘器的脱汞效率约为25%；当电场半开时，电袋复合除尘器的脱汞效率上升至45%左右，提高20%。从结果可看出，在电袋复合除尘器中，电区与袋区组合起来进行脱汞并非简单的叠加形式，电场半开时的脱汞效率反而比电场全开时的脱汞效率更高。

通常情况下，电除尘器对汞的脱除效率不到20%[5]，布袋除尘器的平均脱汞效率约为57%[6]。这表明在脱汞应用方面，袋除尘方式比电除尘方式更具有优势[7]。因此，在电袋复合除尘器脱汞过程中，袋区起到主要的作用。滤袋表面的粉饼不仅可将颗粒汞脱除，还可以对烟气中的气态汞进行吸附。由于气态汞难以被脱除，如何提高电袋复合除尘器的脱汞效率，关键在于如何提高袋区的粉饼以及飞灰对气态汞的吸附能力。当电场由全开变为半开时，电区的除尘效率降低，这导致更多的飞灰进入到袋区，使滤袋表面的粉饼变厚。粉饼厚度增加后，将具有更大的表面积对汞进行吸附脱除。

比表面积是影响汞吸附效率的重要因素之一。在电袋复合除尘器中，大部分粉尘在电区被捕集，袋区脱除的基本上是小粒径的粉尘，这使袋区的粉尘层相对较薄，结构上也几乎没有大颗粒的粉尘作为支撑。与此同时，这些小粒径的粉尘经过电区时被荷电，到达滤袋表面，由于静电力的影响，携带同性电荷的粉尘相互排斥，在滤袋表面形成蓬松的粉饼，不像布袋除尘器的粉饼一样致密。这些独特的结构特点，使得电袋复合除尘器的阻力较小，单位质量的粉饼比表面积相比于布袋除尘器中粉饼的比表面积较大。但与此同时，电区中脱除的一大部分粉尘，又使得其进入袋区的总飞灰量较少，形成的粉饼较薄，总的表面积可能较小，且由于过滤风速较大，烟气与粉饼接触的停留时间也相对较短。

综上所述，电区对电袋复合除尘器脱汞效率的影响较复杂。通过对粉尘的部分脱除以及对粉尘进行荷电，使得袋区粉饼的比表面积上升。但到达袋区粉尘总量的下降，使袋区粉饼与烟气接触的总表面积下降。在双重影响的作用下，使电区在电袋复合除尘器协同脱汞的过程中起到重要的作用。未来对电袋复合除尘器协同脱汞中电区的优化设计，关键在于使电区能耗、粉饼的比表面积、总表面积与除尘器阻力四个参数达到平衡，尽量在提高电袋复合除尘器协同脱汞效率的同时，减少运行成本。

2.2 机组负荷条件对电袋复合除尘器脱汞效率的影响

不考虑锅炉负荷条件给除尘器入口烟气汞浓度带来的变化，从实验测试结果可看出，机组负荷条件在电场半开的工况下，对电袋复合除尘器脱汞效率造成的影响不大，而在电场全开的工况下，机组负荷降低会导致电袋复合除尘器脱汞效率下降。该现象的发生是因为负荷变化将导致烟气中的飞灰含量产生变化。负荷降低使烟气中的飞灰总量减少，在电区半开的情况下，由于电区脱除飞灰的效率较低，进入袋区的灰量减少，滤袋外的粉饼变薄，与烟气接触的总面积减小，从而使得电袋复合除尘器的脱汞效率降低；而电区全开时，电区的除尘效率约在80%，入口烟气中飞灰的变化对到达袋区的飞灰量影响不大，滤袋外粉饼的性质基本不变，因而导致电袋复合除尘器协同脱汞的效率变化不大。因此，在实际运行过程中，由于电场通常属于全开状态，可忽略锅炉负荷这个因素对电袋复合除尘器协同脱汞效率造成的影响。

2.3 电袋复合除尘器中电区及袋区对汞的脱除效果

根据现有的研究结果，电除尘方式一般仅能脱除颗粒汞，袋除尘方式对颗粒汞及气态汞都具有一定的脱除效果。为考察电袋复合除尘器中电区及袋区的脱汞能力，分别对电区及袋区所集尘样中汞的含量进行测试，测试结果如图3所示。

图3 电区与袋区所集尘样中汞的含量测试结果

从图3可看出，电区与袋区所集尘样中汞含量有较大差异，电区所集灰中汞含量约为0.962（±0.019）mg/kg，比电区所集灰中汞含量（约0.083mg/kg）高出十倍。电区所捕集的飞灰量约占烟气中飞灰总量的80%，但其捕集的汞仅占电袋复合除尘器捕集总汞的25.7%，袋区所捕集的汞占74.3%。尽管袋区捕集的灰量较少，但其在电袋复合除尘器协同脱汞中起到了主要作用。这与上文所分析的结果以及其他学者的研究结果相吻合[4、6]。由于袋区具有更好的脱汞开发利用潜力，如何深入挖掘袋区脱汞的潜力，提高袋区的脱汞效率，是电袋复合除尘器协同脱汞的优化设计的关键所在。

2.4 电袋复合除尘器协同脱汞的优势

在成本及占地等因素的影响下，尽管未来对汞的排放标准会提高，在燃煤电站推广添加新的设备单独进行脱汞仍然具有较大阻力。这就要求现有的环保设备在处理原有污染物的基础上，增加对污染物汞的协同脱除能力。若将汞在脱硫塔中进行脱除，将造成汞在石膏中富集，影响石膏品质；若将汞在传统的布袋除尘器或电除尘器中进行脱除，将造成汞在飞灰中富集，影响飞灰的品质。飞灰及石膏品质的下降可能造成其价格下降，直接影响燃煤电站收益。因此，在达到汞高效、廉价脱除目的的同时，尽量避免对飞灰以及石膏造成污染，是燃煤电站协同脱汞技术发展的主要方向。

将汞在电袋复合除尘器中的袋区进行脱除，可将汞富集在袋区所集的飞灰中。由于电区所集的飞灰量一般占烟气中飞灰总量的80%，袋区只占20%，可使电区所集的大部分飞灰避免被污染[8]。同时，由于汞大部分富集在袋区中的少部分飞灰中，更加容易进行集中处理，这使后续汞的回收处理成为了可能。

本次实验中的电袋复合除尘器协同脱汞效率相比于一般布袋除尘器较低，这可能是由于到达袋区的灰量相对较少，使粉饼与烟气接触面积较小，或是由于该电袋复合除尘器中的飞灰与汞的结合能力较弱。向袋区喷入一些比表面积大的吸附剂，与原有的飞灰混合形成新的粉饼，可有效提高电袋复合除尘器协同脱汞的效率。

3 结论

（1）电场条件对电袋复合除尘器脱汞效率影响较大。电场除尘效率的改变影响了进入袋区的飞灰量，飞灰量决定了滤袋外形成粉饼的厚度。电袋复合除尘器协同脱汞主要靠袋区中滤袋外的粉饼来完成，粉饼的厚度影响了电袋复合除尘器协同脱汞的效率。

（2）锅炉的负荷可能影响形成滤袋外粉饼的灰量，继而对电袋复合除尘器脱汞效率产生影响。在电袋复合除尘器常规运行的情况下，该影响较小。

（3）电区捕集了烟气中80%的飞灰，但是捕集的汞只占电袋复合除尘器捕集总汞的25.7%，电袋复合除尘器协同脱汞主要靠袋区来完成，袋区具有更好的脱汞开发利用潜力。

（4）电袋复合除尘器协同脱汞可将汞富集在袋区捕集的小部分飞灰中，避免汞在石膏和大部分飞灰中富集，造成石膏和飞灰品质下降，同时为后续汞的回收处理提供了可能，具有良好的经济性。

[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.

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[3] 王磊，王李娟.我国燃煤电厂汞污染防治现状及建议[J].环境科学与技术2014，37（120）：285-294.

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[7] 于丽新，曲莹军，贾俊新，等.基于实测的燃煤电厂汞迁移转化规律研究分析[J].环境科学与技术，2014，37（120）：463-370.

[8] 尤燕青.燃煤烟气电袋复合除尘脱汞协同技术探讨[J].中国环保产业，2012（12）：62-64.

声 明

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《中国环保产业》编辑部

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