静电除尘器对烟气汞脱除作用的实验研究-施雪.pdf

1、第41 卷 第2 期2013 年2 月Vol41 No2Feb 2013静电除尘器对烟气汞脱除作用的实验研究施 雪1， 吴 江2， 卢 平3， 张锦红2， 任建兴2， 石 宙2， 李 忺2( 1 上海电力学院产业管理办公室 ， 上海 200090; 2 上海电力学院 能源与机械工程学院 ， 上海 200090;3 南京师范大学 能源与机械工程学院 ， 南京 210042)摘 要 : 介绍了由电厂静电除尘器对燃煤烟气汞脱除作用的现场测试得到静电除尘器进出口位置烟气汞的形态分布及静电除尘器对烟气汞的脱除效率 。结果表明 ， 静电除尘器对烟气汞的脱除效率为 27 9%， 以脱除烟气中氧化态汞和颗粒汞

2、为主 ， 对单质汞脱除效果较弱 。飞灰中细颗粒 ( 25 m 60 m) 占到 58 5%， 其对烟气汞的吸附能力较强 ， 使静电除尘器对烟气汞 ， 特别是氧化态汞具有良好的脱除效果 。采取措施使元素汞转化为氧化态汞 ， 提高飞灰吸附汞的能力 ， 是提高静电除尘器对烟气汞脱除效率的技术方向 。关键词 : 静电除尘器 ; 烟气汞 ; 汞脱除 ; 飞灰特性作者简介 : 施 雪 ( 1981-) ， 女 ， 硕士 ， 助理研究员 ， 从事节能减排领域的研究 。中图分类号 : X773 文献标志码 : A 文章编号 : 1001-9529( 2013) 02-0459-04基金项目 : 国家自然科学基

3、金 ( 50806041) ; 上海市科技创新行动计划项目 ( 11dz1203402， 12dz1201702，11dz1203400， 12dz1201700) ; 上海市联盟计划 ( LM201251) ， 上海市教委重点学科 ( 第五期 ) J51304Experimental Study on the Flue Gas Mercury Removal Capability of ESPSHI Xue1， WU Jiang2， LU Ping3， ZHANG Jin-hong2， REN Jian-xing2， SHI Zhou2， LI Xian2( 1 Campus Industr

4、y Administration Office， Shanghai University of Electric Power， Shanghai 200090， China;2 School of Energy and Mechanical Engineering， Shanghai University of Electric Power， Shanghai 200090， China;3 School of Energy and Mechanical Engineering， Nanjing Normal University， Nanjing 210042， China)Abstract

5、: In order to study the effect of electrostatic precipitator( ESP) on removing flue gas mercury， the mercuryspeciation on ESP inlet and outlet and the removal efficiency are tested on site As the results show， the flue gas re-moving efficiency of ESP is 279%， mainly effective in oxidized mercury and

6、 particulate mercury removal， but weakin elemental mercury removal The fine particle ( 25? m 60? m) accounts for 58 5% of fly ash， showing strongmercury retention ability， which makes ESP have a good effect on removing mercury， especially oxidized mercury Inorder to improve the mercury retention abi

7、lity of fly ash， measures are taken to transform the elemental mercury intooxidized mercury， which is the technology direction of improving flue gas mercury removal efficiency by ESPKey words: electrostatic precipitator; flue gas mercury; mercury removal; fly ash propertiesFoundation items: The Nati

8、onal Natural Science Foundation of China ( 50806041) ; Innovative Science TechnologyProgram of Shanghai( 11dz1203402， 12dz1201702， 11dz1203400， 12dz1201700)对于燃煤电厂来说 ， 汞排放及最终的去向受到诸多因素的影响 ， 包括燃料种类及其特性 、锅炉运行方式 、电厂大气污染控制设备及其布置方式 ，特别是脱硝技术及装置 ， 如低 NOx燃烧器 、选择性催化还原脱硝装置 ( SCR) 、选择性非催化还原脱硝装置 ( SNCR) ， 精电除尘器 (

9、 ESP) 、布袋除尘器 ( Bag-house) ， 湿法烟气脱硫装置 ( WFGD) ， 以及循环流化床 ( FBC) 和整体煤气化联合循环发电系统 ( IGCC) 等不同类型的组合同布置方式等 。不同燃料 、锅炉不同运行方式 、不同的大气污染控制设备及其布置方式对汞形态的转化及脱除效果差异很大 1。在锅炉出口 ， 烟气温度较高的时候 ， 汞的主要形态是元素汞 Hg( 0) ， 自炉膛出口 ， 随着烟气温度的下降 ， 烟气中的汞形态发生变化 ， 一部分汞被氧化成了氧化态的汞 Hg( 2 + ) ， 被氧化的比例不尽相同 ， 根据 John H Pavlish 等人 2的总结 ， 除尘设备

10、ESP、热端静电除尘器 ( Hot-side ESP) 与 FF对烟气中汞的平均去除效率分别为 27%， 4% 和58%， 剩余烟气中元素汞所占比例分别为 47%，66%和 23%。分析其原因 ， 相比 ESP 来说 ， Hot-side ESP 因为工作温度较高 ， 不利于元素汞向氧0460 2013，41(2)化汞的转化 。相比静电除尘器来说 ， 烟气汞与布袋上积累的飞灰有更多的反应时间及更好的接触 ， 促使烟气中的汞进一步向氧化态转变并使其与飞灰相结合 。H K Choi 3等人的研究结果证明了累积在布袋上的吸附剂能够进一步提高对烟气汞的吸附效率 。影响飞灰捕捉汞效率的因素有很多 ， 如

11、煤的特性及燃烧工况等 ， Nick D Hutson 4的研究结果表明 ， 在有低 NOx燃烧器存在时 ， 飞灰中未燃尽碳 ( UBC) 含量较高 ， 使得其对除尘设备的汞脱除影响较大 。M Antonia Lopez-Anton 等人 5在不同气体组成条件下 ， 对 UBC 的汞吸附能力进行了实验研究 ， 结果表明 UBC 不是唯一左右飞灰吸附汞的因素 ， 未燃尽的颗粒以及飞灰中的其他成分均有可能对飞灰吸附汞造成影响 。为了更好地研究汞在燃煤电厂中的最后去向 ， 以及影响其去向的各种因素 ， 飞灰特性的研究变得尤其重要 。为了研究电厂燃烧工况及飞灰特性对飞灰捕捉汞的影响 ， 本文选择了华东地

12、区某电厂 1 号机组进行了汞形态分布特征的现场测试研究 ， 并对该厂的飞灰特性进行了研究 ， 以期寻找尾部烟道飞灰对烟气汞的作用机理 。1 燃煤电厂汞形态分布的测试11 燃料特性与烟气测试点本文的试验工况为电厂汞排放基准值的测定 。现场试验是在 1 号机组锅炉进行的 ， 机组容量 135 MW。试验时锅炉的负荷为 110 MW， 负荷率 815%。其燃料特性如表 1 所示 。表 1 燃料特性表名称 含量 /%工业分析收到基水分 Mar775干燥基灰分 Ad3303干燥基挥发分 Vd2730元素分析干燥基碳 Cd4992干燥基氢 Hd3108干燥基氮 Nd0922干燥基硫 Sd1072干燥基氧

13、Od915812 烟气采样点在试验的过程中测试了烟气中不同形态汞的浓度 ， 同时对煤样 、渣样 、灰样等进行了取样 。如图 1 所示 ， 本次试验对机组烟气的取样 ， 主图 1 试验电厂结构及烟气取样点示意图要在两个重要的部位进行 ， 分别是静电除尘器( ESP) 的进口和出口 ， 在这两个位置进行烟气取样 ， 进行烟气汞的测试 ， 可以考察静电除尘器对烟气汞的作用 。13 烟气采样方法实验采用的方法是美国环保署推荐的 OHM，即安大略法 ， 为烟气汞采样的标准方法 ， 取样装置布置如图 2 所示 。石英玻璃取样头伸入采样烟道 ， 内衬石英玻璃管取样枪具有加热保温功能 ， 使烟气温度保持在 1

14、80 左右 ， 滤筒加热器继续保持烟气温度 ， 玻璃过滤器起到过滤烟气中飞灰的作用 。化学试剂瓶组前三个采样瓶中 KCl 溶液捕捉烟气中 Hg ( 2 + ) ， 接着的四个采样瓶中的HNO3/H2O2和 KMNO4/H2SO4对烟气 Hg( 0) 进行氧化并捕捉 ， 最后一个采样瓶中为硅胶 ， 起到去除烟气中水蒸气的目的 。八个采样瓶置于冰浴箱中 。图 2 烟气汞取样装置烟气取样后经过样品恢复和消解过程后 ， 用冷原子吸收光谱分析法 CVAAS 进行分析 ， 分析仪器采用美国利曼 徕伯斯公司的 Hydra AA 全自动测汞仪 ， 其最低检测限为 1 ppt ( 1 ng/L) 。2 结果与讨

15、论21 烟气中汞的形态分布在测试背景工况下 ， 除尘器前后烟气中汞的形态分布如表 2 所示 。由表 2 可见 ， ESP 对烟气总汞的脱除率达到2794%; 对 Hg( 0) 、Hg( 2 + ) 和 Hg( p) 的脱除效施 雪 ， 等 静电除尘器对烟气汞脱除作用的实验研究 0461率分别为 23 14%， 42 37% 和 28 36%。从汞的形态分布来看 ， ESP 进口和出口 ， Hg( 0) 所占比例上升了 42 个百分点 ， Hg( 2 + ) 所占比例下降 41个百分点 ， 而颗粒汞所占比例几乎没有变化 。由此可以推断 ， 部分元素汞和氧化态被飞灰吸附成为颗粒态汞 ， 被静电除尘

16、器捕捉 ， 并且氧化态汞更容易被飞灰捕捉成为颗粒态汞而被静电除尘器脱除 。静电除尘器对飞灰的捕捉能力很强 ， 脱除了大部分飞灰及颗粒态汞 ， 但颗粒态汞在静电除尘器进出口所占比例变化不大 ， 其原因在于飞灰中汞含量是上升的 ， 因为部分元素态和氧化态汞被飞灰吸附成为颗粒态汞 ， 但静电除尘器对烟气中粉尘具有较好的脱除作用 ， 静电除尘器出口烟气粉尘浓度下降 ， 致使烟气中颗粒态汞浓度的下降 ，其表现出来的结果是 ， 静电除尘器出口处颗粒态汞浓度下降 ， 而静电除尘器出口烟气总汞的浓度也下降了 ， 两者下降的比例相差不大 。表 2 背景工况下机组烟气中汞形态分布 gm3形态 Hg( 0) Hg(

17、 2 + ) Hg( p) Hg( VT)取样 1 1383 439 342 2165取样 2 1063 253 245 1560注 : 氧量为 6%。22 飞灰粒径分布飞灰对烟气汞的吸附跟飞灰组分 、飞灰粒径分布特征有关 ， 飞灰对烟气汞的吸附作用决定了烟气中颗粒汞形成的过程 。为了研究飞灰对汞的作用机理 ， 本文对该 1 号机组锅炉的飞灰进行了筛分 ， 筛分结果如表 3 所示 。从结果可以看出 ， 筛分总计 997%， 可见筛分结果质量是平衡的 。飞灰粒径集中在 25 m 60 m， 占到 58 5%， 60m 100 m， 占到 29%， 而大于 100 m 的只有122%， 可见飞灰粒

18、径相对较细 。表 3 飞灰筛分结果筛子类型 飞灰粒径 /m 比例 /%150 目以上 100 122150 200 目 100 75 106200 250 目 75 60 184250 300 目 60 50 344300 600 目 50 25 241总计 99723 飞灰粒径对颗粒汞形成的影响对不同粒径飞灰中汞含量进行了测试 ， 目的是为了研究原始飞灰中汞含量的特性 ， 从而对飞灰吸附汞的机制进行研究 。测量仪器采用的是美国 Leeman 公司的 HYDRA AA 全自动测汞仪 。飞灰中汞含量的测量过程如图 3 所示 。图 3 飞灰汞含量测量流程图不同粒径飞灰汞的测试结果如表 4 所示 。

19、可以看出汞主要赋存在粒径相对较小 ( 25 m 60m) 的飞灰中 ， 达到 260 g/kg 以上 ， 而粒径较大( 60 m 100 m) 的飞灰中汞含量在 90 g/kg左右 ， 而粒径进一步增大 ， 达到 100 m 以上 ， 其汞含量又略有上升 ， 达到 102 g/kg。推测可能是因为飞灰粒径较小时 ， 物理吸附为主 ， 比表面积越大 ， 其对汞的吸附效果越好 ， 这就解释了粒径25 m 60 m 的飞灰比粒径 60 m 100 m 的飞灰具有更好的汞吸附效果从而具有更高的含汞量 。另一方面 ， 随着飞灰粒径进一步增大到 100m 时 ， 其中的未燃尽碳含量会提升 ， 未燃尽碳对汞

20、具有较好的吸附效果 ， 从而使得其中的汞含量增加 ， 但提升的幅度并不大 ， 这可能与飞灰中未燃尽碳含量不高有关 6。表 4 不同粒径飞灰汞含量飞灰粒径 /m 汞含量 /gkg1100 1020100 75 86275 60 97360 50 262450 25 3295原灰 21041 号机组锅炉尾部烟道飞灰中细颗粒 ( 25 m60 m) 较多 ， 对烟气汞具有较好的吸附能力 ，汞含量达到 ( 260 330) g/kg， 这就解释了为什么 ESP 对烟气汞 ， 特别是 Hg( 2 + ) 具有良好的脱除效果 。3 结语( 1) 静电除尘器对烟气中总汞的脱除效率达到 279%， 其中以脱除

21、烟气中的二价汞和颗粒汞为主 ， 脱除效率分别达到 424%和 28 4%。其对单质 汞 也 有 一 定 的 脱 除 作 用 ， 脱 除 效 率 为23. 1%。0462 2013，41(2)( 2) 飞灰粒径分布以细颗粒为主 ， 粒径集中在 ( 25 60) m， 占到 58 5%， 其对烟气汞的吸附能力较强 ， 其汞含量达到 ( 260 330) g/kg， 这使得静电除尘器对烟气汞 ， 特别是氧化态汞具有良好的脱除效果 。( 3) 静电除尘器对烟气汞具有一定的脱除效果 ， 达到 27 9%， 主要是对氧化态汞和颗粒汞的捕捉 ， 对于元素态汞的捕捉能力并不强 ， 并且亦是先吸附成颗粒汞再加以

22、捕捉 。要提高静电除尘器对烟气汞的脱除效率需要采取技术措施使元素汞转化为氧化态汞 ， 提高飞灰吸附汞的能力 。参考文献 : 1 WU Jiang， CAO Yan， PAN Wei-guo， et al Evaluation ofmercury sorbents in a lab-scale multiphase flow reactor， a pi-lot-scale slipstream reactor and full-scale power plant J Chemical Engineering Science， 2008， 63( 3) : 782-790 2 PAVLISH J

23、H， SONDREAL E A， MANNL M D， et al Sta-tus review of mercury control options for coal-fired powerplants Fuel Processing Technology， 82 ( 2003) 89-165 3 CHOI H K， LEE S H， KIM S S The effect of activated car-bon injection rate on the removal of elemental mercury in aparticulate collector with fabric f

24、ilters Fuel Processing Tech-nology， 2009， 90( 1) : 107-112 4 HUTSON N D Mercury Capture on Fly Ash and Sorbents:The Effects of Coal Properties and Combustion ConditionsWater Air Soil Pollut: Focus 2008( 8) : 323-331 5 LOPEZ-ANTON M A， DIAZ-SOMOANO M， MARTINEZ-TARAZONA M R Mercury Retention by Fly As

25、hes from CoalCombustion: Influence of the Unburned Carbon ContentInd Eng Chem Res 2007， 46: 927-931 6 王 鹏 ， 吴 江 ， 任建兴 ， 等 飞灰未燃尽碳对吸附烟气汞影响的试验研究 J 动力工程学报 ， 2012， 32( 4) : 332-337WANG Peng， WU Jiang， REN Jian-xing， et al Experimen-tal study on influence of unburned carbon in fly ash on mercu-ry adsorpti

26、on in flue gas J Power Engineering， 2012， 32( 4) : 332-337收稿日期 : 2012-11-26本文编辑 :櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚王志胜电力简讯 智能电表市场或超千亿 2013 年安装量达 76 亿只1 月中旬 ， 国家电网 300 万只智能电表网上招标正式公布中标名单 。实际上 ， 300 万只的招标仅是国家电网尝试网上招标的第一步 ， 主要是针对各省不定期的小额采购进行的招标 ， 落实到各大企业仅是较小数量 ， 而大型的智能电表招标仍旧采用集中招标制 ， 2013 年或仍

27、会按照季度 、分 4 个批次进行招标 。随着我国全国性的智能电网建设工程不断向前推进 ， 催生了一批规模化的电力配套产业 ， 其中智能电表作为智能电网终端的一环 ， 其市场规模发展也因此受益 。目前 ， 智能电网已经成为当今世界电力系统发展变革的最新动向 ， 并被认为是 21 世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势 。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备 ， 加快其发展对于电网实现信息化 、自动化 、互动化具有重要支撑作用 。按照国家电网此前的规划 ， 作为智能电网的重要组成部分 ， 2015 年我国将安装智能电表 23 亿只 。对应落实情况来看 ， 2011 年和 2012 年国家电网智能电

28、表计划招标量分别为 5 500 万只 、5 500 万只 ， 实际智能电表招标量分别为约 6 766万只 、7 603 万只 ， 两年累计规划完成率达到 130 6%。截至 2012 年底 ， 国家电网公司已累计招标智能电表 1 84 亿只 。据知情人士透露 ， 2013 年国家电网的智能电表招标底数已经出炉 ， 即为 5 500 万只 ， 实际招标量应该会超过 7 000 万只 。“目前传统电能表市场已经从高速增长期进入适度增长期 ， 整个行业竞争更加激烈 ， 行业利润率下降 。与此同时 ， 智能电网为电能表市场注入新的活力 ， 市场有望大幅增长 。”威胜集团高级副总裁郑小平接受媒体采访时表

29、示 。我国智能电网进入全面建设阶段 ， 对智能电表产生了巨大市场需求 。预计到 2015 年全国共约有 4 51 亿户家庭 ， 如每户都需安装智能电表 ， 到 2015 年全国累计需安装 511 亿只智能电表 ， 其中更换需求为 059 亿只 。2011 年 ， 国家电网公司经营区域大约有 34 亿户家庭 。如全覆盖 ， 国家电网公司至 2015 年需累计招标 4 2 亿只智能电表 。其中 ， 城市家庭需安装 189 亿只智能电表 ， 农村家庭需安装 231 亿只智能电表 。全球著名市场研究机构派克咨询公司曾预测 ， 到 2020 年 ， 我国将成为驱动亚洲智能电能表市场迅猛崛起的中坚力量 。到 2020 年 ， 两大电网公司将招标智能电表 79 亿只 ， 按每只平均 175 元计算 ， 我国智能电表有超千亿元市场容量 。“十二五 ”期间 ， 国家电网在用电环节的年均投入量在 110 亿元左右 ， 其中智能电表是主要的投入领域 。中国将成为全球最大智能电表消费市场 。专家预计 ， 到 2013 年与智能电网配套使用的智能电能表安装数量将达到 7 6 亿只 ， 到2020 年智能电网将覆盖全世界 80%的人口 。大规模的全球性智能电网建设将带来智能电能表更广阔的市场需求 ， 也为我国智能电能表生产企业出口产品创造了良好的市场条件 。(本刊讯)